JP3583999B2 - Level conversion circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力信号の電圧振幅をより大きな電圧振幅に変換するレベル変換回路、それを用いた半導体装置および表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、バルクシリコンを用いた集積回路として、マイクロプロセッサまたはメモリをロジック回路と同一チップ上に搭載したシステムオンシリコンと称されるチップが開発されている。これに伴って、多くの種類の回路を可能な限り微細なデザインルールで1チップ化する技術の開発が進められている。
【0003】
しかしながら、回路の種類ごとに異なるデザインルールで設計されているため、デザインルールの異なる回路を集積化することが避けられない。その結果、1チップ内に異なる電源電圧で動作する複数の回路が混載される。この場合、異なる回路間のインタフェース部分で電圧のレベル変換を行うことが必要となる。
【0004】
異なる種類の複数の回路を同一チップ上に混載することにより高速性の向上が図られる。そのため、異なる回路間で電圧のレベル変換を行うレベル変換回路にも高速動作特性が要求される。
【0005】
さらに、液晶表示装置、有機EL(エレクトロルミネッセンス)装置等の表示デバイスには、多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタが用いられる。このような表示デバイスと同一基板上にレベル変換回路を設ける際には、レベル変換回路も多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタで構成される。
【0006】
トランジスタの製造工程では、しきい値電圧等の素子特性にばらつきが生じる。特に、多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタにおいては、しきい値電圧等の素子特性のばらつきが大きい。そのため、薄膜トランジスタのしきい値電圧等の素子特性がばらついた場合でも、確実に動作することができるレベル変換回路が望まれる。
【0007】
また、このような表示デバイスでは、低消費電力化および高精細化の観点から小振幅の入力信号が与えられた場合でも動作可能でかつ高速動作が可能なレベル変換回路が必要とされる。
【0008】
図45は従来のレベル変換回路の第1の例を示す回路図である。
図45のレベル変換回路800は、2つのpチャネルMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)801,802および2つのnチャネルMOSFET803,804を含む。
【0009】
pチャネルMOSFET801,802は電源電位VDDを受ける電源端子と出力ノードN11,N12との間にそれぞれ接続され、nチャネルMOSFET803,804は出力ノードN11,N12と接地端子との間にそれぞれ接続される。pチャネルMOSFET801,802のゲートはそれぞれ出力ノードN12,N11に交差接続される。nチャネルMOSFET803,804のゲートには互いに相補に変化する入力信号CLK1,CLK2が与えられる。
【0010】
入力信号CLK1がハイレベルとなり、入力信号CLK2がローレベルになると、nチャネルMOSFET803がオンし、nチャネルMOSFET804がオフする。それにより、pチャネルMOSFET802がオンし、pチャネルMOSFET801がオフする。その結果、出力ノードN12の出力電位Voutが上昇する。逆に、入力信号CLK1がローレベルとなり、入力信号CLK2がハイレベルになると、出力ノードN12の出力電位Voutが低下する。
【0011】
この場合、nチャネルMOSFET803,804がオンするためには、入力信号CLK1,CLK2の電圧振幅がnチャネルMOSFET803,804のしきい値電圧Vtnよりも大きいことが必要となる。
【0012】
したがって、図45のレベル変換回路800は、入力信号と出力信号との電圧比が小さい場合に用いられる。
【0013】
例えば、このレベル変換回路800は、3V系の信号を5V系の信号に変換する場合、2.5V系の信号を3V系の信号に変換する場合、または1.8V系の信号を2.5V系の信号または3.3V系の信号に変換する場合に有効である。
【0014】
図46は従来のレベル変換回路の第2の例を示す回路図である。
図46のレベル変換回路810は、バイアス回路811、pチャネルMOSFET812およびnチャネルMOSFET813を含む。
【0015】
pチャネルMOSFET812は電源電位VDDを受ける電源端子と出力ノードN13との間に接続され、nチャネルMOSFET813は出力ノードN13と所定の電位VEEを受ける電源端子との間に接続される。入力信号CLKはpチャネルMOSFET812のゲートおよびバイアス回路811に与えられる。バイアス回路811は入力信号CLKの中心レベルをシフトさせてnチャネルMOSFET813のゲートに与える。
【0016】
入力信号CLKがハイレベルになると、pチャネルMOSFET812がオフし、nチャネルMOSFET813がオンする。それにより、出力ノードN13の出力電位Voutが低下する。入力信号CLKがローレベルになると、pチャネルMOSFET812がオンし、nチャネルMOSFET813がオフする。それにより、出力ノードN13の出力電位Voutが上昇する。
【0017】
この場合、バイアス回路811により入力信号CLKの中心レベルがシフトされるので、レベル変換回路810は、入力信号CLKの電圧振幅がnチャネルMOSFET813のしきい値電圧Vtnよりも小さい場合でも動作する。
【0018】
図47は従来のレベル変換回路の第3の例を示す回路図である。
図47のレベル変換回路820は、クランプ回路821およびカレントミラー型増幅器822を含む。
【0019】
カレントミラー型増幅器822は、2つのpチャネルMOSFET831,832および2つのnチャネルMOSFET833,834を含む。pチャネルMOSFET831,832は電源電位VDDを受ける電源端子と出力ノードN14,N15との間にそれぞれ接続される。nチャネルMOSFET833,834は出力ノードN14,N15と接地端子との間にそれぞれ接続される。pチャネルMOSFET831,832のゲートは出力ノードN14に接続される。クランプ回路821は、互いに相補に変化する入力信号CLK1,CLK2の中心レベルをシフトさせてnチャネルMOSFET833,834のゲートに与える。
【0020】
入力信号CLK1がハイレベルになり、入力信号CLK2がローレベルになると、nチャネルMOSFET833がオンし、nチャネルMOSFET834がオフする。それにより、pチャネルMOSFET831,832がオンする。その結果、出力ノードN15の出力電位Voutが上昇する。逆に、入力信号CLK1がローレベルになり、入力信号CLK2がハイレベルになると、出力ノードN15の出力電位Voutが低下する。
【0021】
この場合、クランプ回路821により入力信号CLK1,CLK2の中心レベルがシフトされるので、レベル変換回路820は、入力信号CLK1,CLK2の電圧振幅がnチャネルMOSFET833,834のしきい値電圧Vtnよりも小さい場合でも動作することができる。
【0022】
図48は従来のレベル変換回路の第4の例を示す回路図である。
図48のレベル変換回路840は、クランプ回路841およびPMOSクロスカップル型増幅器842を含む。
【0023】
PMOSクロスカップル型増幅器842は、2つのpチャネルMOSFET851,852および2つのnチャネルMOSFET853,854を含む。pチャネルMOSFET851,852は電源電位VDDを受ける電源端子と出力ノードN16,17との間にそれぞれ接続され、nチャネルMOSFET853,854は出力ノードN16,N17と接地端子との間にそれぞれ接続される。pチャネルMOSFET851,852のゲートはそれぞれ出力ノードN17,N16に交差接続される。クランプ回路841は、互いに相補に変化する入力信号CLK1,CLK2の中心レベルをシフトさせてnチャネルMOSFET853,854のゲートにそれぞれ与える。
【0024】
入力信号CLK1がハイレベルになり、入力信号CLK2がローレベルになると、nチャネルMOSFET853がオンし、nチャネルMOSFET854がオフする。それにより、pチャネルMOSFET851がオフし、pチャネルMOSFET852がオンする。その結果、出力ノードN17の出力電位Voutが上昇する。逆に、入力信号CLK1がローレベルになり、入力信号CLK2がハイレベルになると、出力ノードN17の出力電位Voutが低下する。
【0025】
この場合、クランプ回路841により入力信号CLK1,CLK2の中心レベルがシフトされるので、レベル変換回路840は、入力信号CLK1,CLK2の電圧振幅がnチャネルMOSFET853,854のしきい値電圧Vtnよりも小さい場合でも動作することができる。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、図45のレベル変換回路800においては、入力信号CLK1,CLK2の電圧振幅がnチャネルMOSFET803,804のしきい値電圧Vtnよりも小さい場合には動作することができない。
【0027】
一方、図46のレベル変換回路810においては、バイアス回路811により入力信号CLKの中心レベルがシフトされるので、入力信号CLKの電圧振幅がnチャネルMOSFET813のしきい値電圧Vtnよりも小さい場合でも動作することが可能となる。
【0028】
同様に、図47および図48のクランプ回路820,840では、クランプ回路821,841により入力信号CLK1,CLK2の中心レベルがシフトされるので、入力信号CLK1,CLK2の電圧振幅がnチャネルMOSFET833,834,853,854のしきい値電圧Vtnよりも小さい場合でも動作することが可能となる。
【0029】
しかしながら、図46〜図48のレベル変換回路810,820,840においても、製造工程でのばらつきによってnチャネルMOSFETのしきい値電圧Vtnが設計値から大きくずれると、動作しない場合が生じる。
【0030】
また、図45〜図48のレベル変換回路800,810,820,840のいずれにおいても、製造工程でpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧が不規則にばらついた場合、例えばnチャネルMOSFETのしきい値電圧Vtnが大きくpチャネルMOSFETのしきい値電圧Vtpが小さくなった場合や、nチャネルMOSFETのしきい値電圧Vtnが小さくpチャネルMOSFETのしきい値電圧Vtpが大きくなった場合には、出力電圧波形のデューティ比が所定の設計値からずれる。
【0031】
特に、レベル変換回路を液晶表示装置、有機EL装置等の表示デバイスのクロック信号を生成するために用いた場合には、クロック信号のデューティ比を50%に設定する必要がある。レベル変換回路のnチャネルMOSFETのしきい値電圧VtnおよびpチャネルMOSFETのしきい値電圧Vtpが不規則に変化することによりクロック信号のデューティ比が50%からずれた場合、表示デバイス間で画素の点灯および消灯時間にばらつきが生じる。
【0032】
また、図45のレベル変換回路800においては、nチャネルMOSFET803,804のオンオフの反転時にpチャネルMOSFET801,802のゲート電荷の引き抜き合いが行われる。そのため、出力電位Voutのレベルの反転に時間を要することとなり、高速動作化を図ることができない。
【0033】
特に、pチャネルMOSFET801,802として多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタ等のように駆動能力が小さいトランジスタを用いた場合、出力電位Voutのレベルの反転に要する時間がさらに増大する。
【0034】
出力電位Voutのレベルの反転時には、電源端子からpチャネルMOSFET801およびnチャネルMOSFET803の経路またはpチャネルMOSFET802およびnチャネルMOSFET804の経路を通して接地端子に貫通電流が流れる。特に、出力電位Voutのレベルの反転に時間を要する場合には、貫通電流の流れる時間が長くなり、消費電力が増大する。
【0035】
図46のレベル変換回路810のバイアス回路811では、抵抗素子に電流を流すことにより、入力信号CLKと出力信号との電位差を形成している。この場合、入力信号CLKと出力信号との電位差が設定されるまでに時間を要するため、高速動作が妨げられる。また、抵抗素子を形成するために大きなレイアウト面積が必要となる。しかも、抵抗素子に常時電流が流れているので、消費電力が増大する。さらに、高速動作化が図れないため、出力段のpチャネルMOSFET812およびnチャネルMOSFET813での貫通電流が多くなる。
【0036】
同様に、図47および図48のレベル変換回路820,840のクランプ回路821,841においても、図46のレベル変換回路810のバイアス回路811と同様に、高速動作が妨げられ、大きなレイアウト面積が必要となり、消費電力が増大する。
【0037】
本発明の目的は、製造工程でのばらつきによりトランジスタのしきい値電圧が設計値からずれた場合でも確実に動作することができるとともに、高速動作、低消費電力化および小面積化が可能なレベル変換回路、それを用いた半導体装置および表示装置を提供することである。
【0038】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
(1)第1の発明
第1の発明に係るレベル変換回路は、第1の電位を受ける第1のノードと出力ノードとの間に接続された第1のトランジスタと、第1の電位と異なる第2の電位を受ける第2のノードと出力ノードとの間に接続された第2のトランジスタと、第1の入力信号を受け、第1および第2のトランジスタの両方をオン状態にするとともに第1の入力信号のレベルに応じて第1および第2のトランジスタのオン状態の程度をそれぞれ制御する制御手段とを備えたものである。
【0039】
本発明に係るレベル変換回路においては、制御手段により第1および第2のトランジスタの両方がオン状態にされるとともに、第1の入力信号のレベルに応じて第1および第2のトランジスタのオン状態の程度がそれぞれ制御される。それにより、第1の入力信号のレベルに応じて出力ノードの電位が上昇または低下する。
【0040】
この場合、常時オン状態となっている第1および第2のトランジスタのオン状態の程度が制御されることにより出力ノードの電位が変化するので、第1の入力信号の電圧振幅が第1および第2のトランジスタのしきい値電圧よりも小さい場合でも動作が可能となる。また、第1および第2のトランジスタのしきい値電圧が設計値から大きくずれた場合でも、出力ノードの電位変化のデューティ比が第1の入力信号のデューティ比に正確に対応する。このように、製造工程でのばらつきによりトランジスタのしきい値電圧が設計値からずれた場合でも確実に動作することができる。
【0041】
また、常時オン状態となっている第1および第2のトランジスタのオン状態の程度が制御されることにより出力ノードの電位が変化するので、高速動作が可能となる。さらに、高速動作が可能となることにより出力ノードの電位のレベルの遷移期間が短くなるので、貫通電流が流れる期間が短縮される。それにより、低消費電力化が可能となる。
【0042】
また、第1の入力信号の電圧振幅が小さい場合でもレベルをシフトする回路が必要ないので、小面積化が可能となる。
【0043】
(2)第2の発明
第2の発明に係るレベル変換回路は、第1の発明に係るレベル変換回路の構成において、第1の入力信号は、第1の電位と第2の電位との間の電位差よりも小さい電圧振幅で変化するものである。
【0044】
この場合、出力ノードの電位は、第1の入力信号の電圧振幅よりも大きな電圧振幅で変化する。
【0045】
(3)第3の発明
第3の発明に係るレベル変換回路は、第1または第2の発明に係るレベル変換回路の構成において、第1の入力信号は、第1のレベルと第2のレベルとに変化し、第1のトランジスタは第1導電チャネル型電界効果トランジスタであり、第2のトランジスタは第2導電チャネル型電界効果トランジスタであり、制御手段は、第1の電位と第1導電チャネル型トランジスタのゲート電位との間の差の絶対値が第1導電チャネル型トランジスタのしきい値電圧の絶対値以上となり、かつ第2の電位と第2導電チャネル型トランジスタのゲート電位との差の絶対値が第2導電チャネル型トランジスタのしきい値電圧の絶対値以上となるように、第1の入力信号の第1および第2のレベルに応答して第1導電チャネル型トランジスタのゲート電位および第2導電チャネル型トランジスタのゲート電位を設定するものである。
【0046】
この場合、第1の電位と第1導電チャネル型トランジスタのゲート電位との間の差の絶対値が第1導電チャネル型トランジスタのしきい値電圧の絶対値以上となることにより、第1導電チャネル型トランジスタが常時オン状態となる。また、第2の電位と第2導電チャネル型トランジスタのゲート電位との差の絶対値が第2導電チャネル型トランジスタのしきい値電圧の絶対値以上となることにより、第2導電チャネル型トランジスタが常時オン状態となる。
【0047】
これにより、トランジスタのしきい値電圧が設計値からずれた場合でも確実に動作することができるとともに、高速動作、低消費電力化および小面積化が可能となる。
【0048】
(4)第4の発明
第4の発明に係るレベル変換回路は、第3の発明に係るレベル変換回路の構成において、第1の電位は正電位であり、第2の電位は第1の電位よりも低い正電位、接地電位または負電位であるものである。
【0049】
この場合、第1および第2のトランジスタが常時オン状態となっているので、第1のノードから第1および第2のトランジスタを経由して第2のノードに電流が流れる。
【0050】
(5)第5の発明
第5の発明に係るレベル変換回路は、第4の発明に係るレベル変換回路の構成において、第2の電位は、第1の入力信号と相補的に第1のレベルと第2のレベルとに変化する第2の入力信号であるものである。
【0051】
この場合、第1および第2の入力信号の第1および第2のレベルは第1の電位よりも低く、第1の入力信号が第1のレベルになっているときには第2の入力信号は第2のレベルとなり、第1の入力信号が第2のレベルとなっているときに第2の入力信号は第1のレベルとなる。
【0052】
(6)第6の発明
第6の発明に係るレベル変換回路は、第4または第5の発明に係るレベル変換回路の構成において、第1導電チャネル型電界効果トランジスタは、第1のしきい値電圧を有する第1のpチャネル型電界効果トランジスタであり、第2導電チャネル型電界効果トランジスタは、第2のしきい値電圧を有する第1のnチャネル型電界効果トランジスタであり、制御手段は、第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位を第1の電位から第1のしきい値電圧の絶対値分以上低下した範囲内に設定しかつ第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位を第2の電位から第2のしきい値電圧分以上上昇した範囲内に設定するものである。
【0053】
この場合、第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が第1の電位から第1のしきい値電圧の絶対値分以上低下した範囲内に設定されることにより、第1のpチャネル型電界効果トランジスタが常時オン状態となる。第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が上記の範囲内で高いレベルにあるときには第1のpチャネル型電界効果トランジスタは弱くオンし、第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が上記の範囲内で低いレベルにあるときには第1のpチャネル型電界効果トランジスタは強くオンする。
【0054】
第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が第2の電位から第2のしきい値電圧の絶対値分以上上昇した範囲内に設定されることにより、第1のnチャネル型電界効果トランジスタが常時オン状態となる。第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が上記の範囲内で低いレベルにあるときには第1のnチャネル型電界効果トランジスタは弱くオンし、第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が上記の範囲内で高いレベルにあるときには第1のnチャネル型電界効果トランジスタは強くオンする。
【0055】
(7)第7の発明
第7の発明に係るレベル変換回路は、第6の発明に係るレベル変換回路の構成において、制御手段は、第2のpチャネル型電界効果トランジスタ、第2のnチャネル型電界効果トランジスタおよび制御回路を含み、第2のpチャネル型電界効果トランジスタのソースは第1の電位を受け、第2のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートおよびドレインは第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、第2のnチャネル型電界効果トランジスタのソースは第1の入力信号または第2の電位を受け、第2のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートおよびドレインは第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、制御回路は、第1の入力信号のレベルに応じて第2のpチャネル型電界効果トランジスタのドレインの電位および第2のnチャネル型電界効果トランジスタのドレインの電位を制御するものである。
【0056】
この場合、第2のpチャネル型電界効果トランジスタにより第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が第1の電位から第1のしきい値電圧の絶対値分以上低下した範囲内に設定される。また、第2のnチャネル型電界効果トランジスタにより第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が第2の電位から第2のしきい値電圧の絶対値分以上上昇した範囲内に設定される。さらに、制御回路により第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が上記の範囲内で制御され、第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が上記の範囲内で制御される。
【0057】
(8)第8の発明
第8の発明に係るレベル変換回路は、第7の発明に係るレベル変換回路の構成において、制御回路は、第1および第2の負荷素子を含み、第1の負荷素子の一端は第1の入力信号を受け、第1の負荷素子の他端は第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、第2の負荷素子の一端は第1の電位を受け、第2の負荷素子の他端は第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続されたものである。
【0058】
この場合、第1の入力信号のレベルに応じて第1の負荷素子により第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が制御されかつ第2の負荷素子により第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が制御される。
【0059】
この構成では、レベル変換回路が6個の素子により構成されるので、小面積化が図られる。
【0060】
(9)第9の発明
第9の発明に係るレベル変換回路は、第8の発明に係るレベル変換回路の構成において、第1および第2の負荷素子の各々は、電界効果トランジスタまたは抵抗素子であるものである。
【0061】
この場合、電界効果トランジスタまたは抵抗素子により第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位および第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が制御される。
【0062】
(10)第10の発明
第10の発明に係るレベル変換回路は、第7の発明に係るレベル変換回路の構成において、制御手段は、第3のpチャネル型電界効果トランジスタおよび第3のnチャネル型電界効果トランジスタをさらに含み、第3のpチャネル型電界効果トランジスタのソース、ゲートおよびドレインは、第2のpチャネル型電界効果トランジスタのソース、出力ノードおよび第2のpチャネル型電界効果トランジスタのドレインにそれぞれ接続され、第3のnチャネル型電界効果トランジスタのソース、ゲートおよびドレインは、第2のnチャネル型電界効果トランジスタのソース、出力ノードおよび第2のnチャネル型電界効果トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたものである。
【0063】
この場合、第1の電位と第2の電位との差が小さい場合でも、第1のpチャネル型電界効果トランジスタおよび第1のnチャネル型電界効果トランジスタを確実にオンさせることができる。したがって、低電圧駆動が可能となる。
【0064】
(11)第11の発明
第11の発明に係るレベル変換回路は、第6の発明に係るレベル変換回路の構成において、制御手段は、第2のnチャネル型電界効果トランジスタおよび制御回路を含み、第2のnチャネル型電界効果トランジスタのソースは第1の入力信号または第2の電位を受け、第2のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートおよびドレインは第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、制御回路は、第1の入力信号のレベルに応じて第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートの電位および第2のnチャネル型電界効果トランジスタのドレインの電位を制御するものである。
【0065】
この場合、制御回路により第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が第1の電位から第1のしきい値電圧の絶対値分以上低下した範囲内に設定される。また、第2のnチャネル型電界効果トランジスタにより第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が第2の電位から第2のしきい値電圧の絶対値分以上上昇した範囲内に設定される。さらに、制御回路により第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が上記の範囲内で制御され、第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が上記の範囲内で制御される。
【0066】
(12)第12の発明
第12の発明に係るレベル変換回路は、第11の発明に係るレベル変換回路の構成において、制御回路は、第1、第2および第3の負荷素子を含み、第1の負荷素子の一端は第1の電位を受け、第1の負荷素子の他端は第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、第2の負荷素子の一端は第1の入力信号または第2の電位を受け、第2の負荷素子の他端は第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、第3の負荷素子の一端は第1の電位を受け、第3の負荷素子の他端は第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続されたものである。
【0067】
この場合、第1の入力信号のレベルに応じて第1および第2の負荷素子により第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が制御されかつ第3の負荷素子により第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が制御される。
【0068】
この構成では、レベル変換回路が6個の素子により構成されるので、小面積化が図られる。
【0069】
(13)第13の発明
第13の発明に係るレベル変換回路は、第12の発明に係るレベル変換回路の構成において、第1、第2および第3の負荷素子の各々は、電界効果トランジスタまたは抵抗素子であるものである。
【0070】
この場合、電界効果トランジスタまたは抵抗素子により第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位および第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位が制御される。
【0071】
(14)第14の発明
第14の発明に係るレベル変換回路は、第1〜第13のいずれかの発明に係るレベル変換回路の構成において、第1の入力信号の第1のレベルと第2のレベルとの間の遷移期間に第1のノードから第1および第2のトランジスタを経由して第2のノードに至る電流経路を遮断する遮断手段をさらに備えたものである。
【0072】
この場合、第1の入力信号の第1のレベルと第2のレベルとの間の遷移期間に第1および第2のトランジスタに電流が流れないので、貫通電流による消費電力の増加が防止される。したがって、さらに低消費電力化が図られる。
【0073】
(15)第15の発明
第15の発明に係るレベル変換回路は、第1〜第14のいずれかの発明に係るレベル変換回路の構成において、第1のトランジスタ、第2のトランジスタおよび制御手段は、絶縁基板上の単結晶、多結晶または非晶質の半導体により形成されるものである。
【0074】
この場合、SOI(Silicon on Insurator)デバイスによりレベル変換回路が構成される。
【0075】
(16)第16の発明
第16の発明に係る半導体装置は、異なる電源電圧により動作する複数のロジック回路と、複数のロジック回路間に接続された第1〜第15のいずれかの発明に係るレベル変換回路とを備えたものである。
【0076】
この場合、異なる電源電圧により動作する複数のロジック回路を備えた半導体装置において、製造工程でトランジスタのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実な動作が可能となるとともに、高速動作、低消費電力化および小面積化が可能となる。
【0077】
(17)第17の発明
第17の発明に係る半導体装置は、チップ上に設けられた内部回路と、チップ外に設けられる外部回路と、内部回路と外部回路との間に接続された第1〜第15のいずれかの発明に係るレベル変換回路とを備えたものである。
【0078】
この場合、チップ上に設けられた内部回路とチップ外に設けられる外部回路とを備えた半導体装置において、製造工程でトランジスタのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実な動作が可能となるとともに、高速動作、低消費電力化および小面積化が可能となる。
【0079】
(18)第18の発明
第18の発明に係る表示装置は、チップ上に設けられた半導体メモリと、チップ上に設けられたロジック回路と、チップ上の半導体メモリとロジック回路との間に接続された第1〜第15のいずれかの発明に係るレベル変換回路とを備えたものである。
【0080】
この場合、半導体メモリとロジック回路とがチップ上に混載された半導体装置において、製造工程でトランジスタのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実な動作が可能となるとともに、高速動作、低消費電力化および小面積化が可能となる。
【0081】
(19)第19の発明
第19の発明に係る半導体装置は、複数のセンサと、複数のセンサのいずれかを選択するための複数の選択用トランジスタと、複数のセンサを複数の選択用トランジスタを介して駆動する周辺回路と、所定の信号をレベル変換して周辺回路に与える第1〜第15のいずれかの発明に係るレベル変換回路とを備えたものである。
【0082】
この場合、複数の選択用トランジスタおよびレベル変換回路を有する半導体装置において、製造工程でトランジスタのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも、確実な動作が可能となるとともに、高速動作、低消費電力化、小面積化および高精細化が可能となる。
【0083】
(20)第20の発明
第20の発明に係る表示装置は、複数の表示素子と、複数の表示素子のいずれかを選択するための複数の選択用トランジスタと、複数の表示素子を複数の選択用トランジスタを介して駆動する周辺回路と、所定の信号をレベル変換して周辺回路に与える第1〜第15のいずれかの発明に係るレベル変換回路とを備えたものである。
【0084】
この場合、複数の選択用トランジスタおよびレベル変換回路を有する表示装置において、製造工程でトランジスタのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実な動作が可能となるとともに、高速動作、低消費電力化、小面積化および高精細化が可能となる。
【0085】
(21)第21の発明
第21の発明に係る表示装置は、第20の発明に係る表示装置の構成において、複数の表示素子は液晶素子であり、複数の液晶素子、複数の選択用トランジスタ、周辺回路およびレベル変換回路は絶縁基板上に形成されたものである。
【0086】
この場合、製造工程でトランジスタのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実な動作が可能となるとともに、高速動作、低消費電力化、小面積化および高精細化が可能な液晶表示装置が実現される。
【0087】
(22)第22の発明
第22の発明に係る表示装置は、第20の発明に係る表示装置の構成において、複数の表示素子は有機エレクトロルミネッセンス素子であり、複数の有機エレクトロルミネッセンス素子、複数の選択用トランジスタ、周辺回路およびレベル変換回路は絶縁基板上に形成されたものである。
【0088】
この場合、製造工程でトランジスタのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実な動作が可能となるとともに、高速動作、低消費電力化、小面積化および高精細化が可能な有機エレクトロルミネッセンス装置が実現される。
【0089】
(23)第23の発明
第23の発明に係る表示装置は、第20〜第22のいずれかの発明に係る表示装置の構成において、複数の選択用トランジスタならびにレベル変換回路の第1および第2のトランジスタは、薄膜トランジスタからなるものである。
【0090】
この場合、製造工程で薄膜トランジスタのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実な動作が可能となるとともに、高速動作、低消費電力化、小面積化および高精細化が可能な表示装置が実現される。
【0091】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【0092】
図1において、レベル変換回路1は、制御部10、ドライバ部20およびインバータ3を備える。制御部10は、制御回路100、pチャネルMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)101およびnチャネルMOSFET102を含む。また、ドライバ部20は、pチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202を含む。インバータ3は、pチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETからなるCMOS回路により構成される。
【0093】
制御部10の制御回路100は、入力ノードI1,I2、第1のノードNPおよび第2のノードNNに接続される。入力ノードI1,I2には、互いに相補にハイレベルとローレベルとに変化する入力信号CLK1,CLK2がそれぞれ与えられる。pチャネルMOSFET101のソースは電源電位VDDを受ける電源端子に接続され、ゲートおよびドレインは第1のノードNPに接続される。nチャネルMOSFET102のソースは入力ノードI1に接続され、ゲートおよびドレインは第2のノードNNに接続される。
【0094】
ドライバ部20において、pチャネルMOSFET201のソースは電源電位VDDを受ける電源端子に接続され、ドレインは出力ノードNOに接続され、ゲートは第1のノードNPに接続される。nチャネルMOSFET202のソースは入力ノードI2に接続され、ドレインは出力ノードNOに接続され、ゲートは第2のノードNNに接続される。
【0095】
入力信号CLK1,CLK2のハイレベルとローレベルとの間の電位差は電源電位VDDと接地電位との間の電位差よりも小さい。本実施例では、入力信号CLK1,CLK2のローレベルは接地電位であり、ハイレベルは電源電位VDDと接地電位との間の電位である。
【0096】
制御回路100は、入力信号CLK1,CLK2に応答して第1のノードNPの電位VNPおよび第2のノードNNの電位VNNを制御する。第1のノードNPの電位VNPは、電源電位VDDからpチャネルMOSFET101のしきい値電圧Vtpの絶対値分以上低下したレベルに設定される。また、第2のノードNNの電位VNNは、入力信号CLK1のローレベルからnチャネルMOSFET102のしきい値電圧Vtnの絶対値分以上上昇したレベルに設定される。さらに、nチャネルMOSFET102のソースの電位は、入力信号CLK1のレベルとなる。
【0097】
それにより、pチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のうち一方が強くオンしかつ他方が弱くオンする。このように、ドライバ部20のpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202の一方が完全にオフすることはない。
【0098】
例えば、pチャネルMOSFET201が強くオンしているときにはnチャネルMOSFET202は弱くオンしている。それにより、pチャネルMOSFET201のオン抵抗の値がnチャネルMOSFET202のオン抵抗の値よりも小さくなる。その結果、出力ノードNOの出力電位Voutが高くなる。
【0099】
また、nチャネルMOSFET202が強くオンしているときにはpチャネルMOSFET201は弱くオンしている。それにより、nチャネルMOSFET202のオン抵抗の値がpチャネルMOSFET201のオン抵抗の値よりも小さくなる。その結果、出力ノードNOの出力電位Voutが低くなる。
【0100】
インバータ3は、出力電位Voutを電源電位VDDと接地電位とに変化する出力電位VOUTに変換する。
【0101】
図2、図3および図4は図1のレベル変換回路1において第1のノードNPの電位VNPおよび第2のノードNNの電位VNNのとり得る範囲の例を示す模式図である。
【0102】
図2〜図4に示すように、第1のノードNPの電位のとり得る範囲は、電源電位VDDからpチャネルMOSFET101のしきい値電圧Vtp分低下した第1のレベルV1とその第1のレベルV1よりも低い第2のレベルV2との間になる。第2のノードNNの電位VNNのとり得る範囲は、接地電位GNDからnチャネルMOSFET102のしきい値電圧Vtn分上昇した第3のレベルV3とその第3のレベルV3よりも高い第4のレベルV4との間になる。
【0103】
図2はpチャネルMOSFET101のしきい値電圧VtpおよびnチャネルMOSFET102のしきい値電圧Vtnが比較的小さい場合を示している。この場合、第1のノードNPの電位VNPが第2のノードNNの電位VNNよりも高くなる。それにより、ドライバ部20のpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202に流れる電流が比較的小さくなる。したがって、ドライバ部20における貫通電流が比較的小さくなるが、動作速度は比較的低くなる。
【0104】
図3はpチャネルMOSFET101のしきい値電圧VtpおよびnチャネルMOSFET102のしきい値電圧Vtnがやや大きい場合を示している。この場合、第1のノードNPの電位VNPと第2のノードNNの電位VNNとの差が小さくなる。それにより、ドライバ部20のpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202に流れる電流の値がやや大きくなる。したがって、ドライバ部20における貫通電流が図2の場合に比べてやや大きくなるが、動作速度は図2の場合に比べてやや高くなる。
【0105】
図4はpチャネルMOSFET101のしきい値電圧VtpおよびnチャネルMOSFET102のしきい値電圧Vtnが比較的大きい場合を示す。この場合、第1のノードNPの電位VNPが第2のノードNNの電位VNNよりも低くなる。それにより、ドライバ部20のpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202に流れる電流が比較的大きくなる。したがって、ドライバ部20における貫通電流が比較的大きくなるが、動作速度は比較的高くなる。
【0106】
図5は図1のレベル変換回路1の動作例を示す電圧波形図である。図5の動作例は図4の場合に対応しており、第1のノードNPの電位VNPのハイレベルが第2のノードNNの電位VNNのハイレベルよりも低く、第1のノードNPの電位VNPのローレベルが第2のノードNNの電位VNNのローレベルよりも高くなっている。図5の動作例では、ドライバ部20における貫通電流が比較的大きくなるが、動作速度が高くなる。
【0107】
図5に示すように、第1のノードNPの電位VNPおよび第2のノードNNの電位VNNは同相で変化する。入力信号CLK1がハイレベルとなり、入力信号CLK2がローレベルになったときに、第1のノードNPの電位VNPおよび第2のノードNNの電位VNNがハイレベルとなる。それにより、出力電位VOUTは接地電位GNDとなる。
【0108】
入力信号CLK1がローレベルとなり、入力信号CLK2がハイレベルになったときには、第1のノードNPの電位VNPおよび第2のノードNNの電位VNNはローレベルとなる。それにより、出力電位VOUTは電源電位VDDとなる。
【0109】
本実施例のレベル変換回路1においては、常時オン状態となっているpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のオン状態の程度が制御されるので、入力信号CLK1,CLK2の電圧振幅がpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のしきい値電圧よりも小さい場合でも動作が可能となる。また、pチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のしきい値電圧が設計値から大きくずれた場合でも、入力信号CLK1,CLK2のレベルの変化に対応する出力電位Voutの波形が得られる。このように、製造工程でのばらつきによりpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のしきい値電圧が設計値からずれた場合でも確実に動作することができる。
【0110】
また、常時オン状態となっているpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のオン状態の程度が制御されるので、高速動作が可能となる。さらに、高速動作が可能となることにより出力電位Voutのレベルの遷移期間が短くなるので、貫通電流が流れる期間が短縮される。それにより、低消費電力化が可能となる。
【0111】
また、入力信号CLK1,CLK2の電圧振幅が小さい場合でもレベルをシフトする回路が必要ないので、小面積化が可能となる。
【0112】
図6は図1のレベル変換回路1の回路構成の第1の例を示す回路図である。
図6に示すように、制御回路100はnチャネルMOSFET103およびpチャネルMOSFET104を含む。nチャネルMOSFET103のソースは入力ノードI1に接続され、ドレインおよびゲートは第1のノードNPに接続される。pチャネルMOSFET104のソースは電源端子に接続され、ドレインは第2のノードNNに接続され、ゲートは入力ノードI2に接続される。
【0113】
このように、図6の例では、レベル変換回路1は6個のMOSFETにより構成される。したがって、小面積化が可能となる。
【0114】
ここで、pチャネルMOSFET101のしきい値電圧をVtpとし、nチャネルMOSFET102のしきい値電圧をVtnとする。
【0115】
製造工程で、pチャネルMOSFETのしきい値電圧およびnチャネルMOSFETのしきい値電圧がレベル変換回路1ごとにばらついた場合でも、同一のレベル変換回路1内では、pチャネルMOSFET101,104,201のしきい値電圧は同一であり、nチャネルMOSFET102,103,202のしきい値電圧は同一である。
【0116】
図6の例では、pチャネルMOSFET101により第1のノードNPの電位VNPが電源電位VDDからしきい値電圧Vtpの絶対値分以上低下したレベルに設定される。それにより、pチャネルMOSFET201が常にオン状態となる。また、nチャネルMOSFET102により第2のノードNNの電位VNNが接地電位からしきい値電圧Vtnの絶対値分以上上昇したレベルに設定される。それにより、nチャネルMOSFET202が常にオン状態となる。
【0117】
入力信号CLK1のレベルに応じてnチャネルMOSFET103により第1のノードNPの電位VNPがハイレベルまたはローレベルに制御される。また、入力信号CLK2のレベルに応じてpチャネルMOSFET104により第2のノードNNの電位VNNがハイレベルまたはローレベルに制御される。それにより、pチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のうち一方が強くオンし、他方が弱くオンする。
【0118】
図7は図1のレベル変換回路1の回路構成の第2の例を示す回路図である。
図7のレベル変換回路1が図6のレベル変換回路1と異なるのは、制御回路100のpチャネルMOSFET104のゲートが接地端子に接続されている点である。この場合、pチャネルMOSFET104は常時オン状態となり、負荷抵抗として働く。それにより、ドライバ部20のnチャネルMOSFET202が常時オン状態となる。
【0119】
入力信号CLK1のレベルに応じて第2のノードNNの電位VNNがハイレベルまたはローレベルに制御される。それにより、nチャネルMOSFET202が強くまたは弱くオンする。
【0120】
図7のレベル変換回路1の他の部分の構成および動作は図6のレベル変換回路1と同様である。
【0121】
図8は図1のレベル変換回路1の回路構成の第3の例を示す回路図である。
図8のレベル変換回路1が図7のレベル変換回路1と異なるのは、制御回路100がpチャネルMOSFET104の代わりにnチャネルMOSFET105を含む点である。nチャネルMOSFET105のソースは第2のノードNNに接続され、ドレインおよびゲートは電源端子に接続される。この場合、nチャネルMOSFET105は常時オン状態となり、負荷抵抗として働く。それにより、ドライバ部20のnチャネルMOSFET202が常時オン状態となる。
【0122】
入力信号CLK1のレベルに応じて第2のノードNNの電位VNNがハイレベルまたはローレベルに制御される。それにより、nチャネルMOSFET202が強くまたは弱くオンする。
【0123】
図8のレベル変換回路1の他の部分の構成および動作は図6のレベル変換回路1と同様である。
【0124】
図9は図1のレベル変換回路1の回路構成の第4の例を示す回路図である。
図9のレベル変換回路1が図6のレベル変換回路1と異なるのは、nチャネルMOSFET102のソースが接地端子に接続されている点である。この場合、nチャネルMOSFET102により第2のノードNNの電位VNNが接地電位からしきい値電圧Vtnの絶対値分以上上昇したレベルに設定される。それにより、ドライバ部20のnチャネルMOSFET202が常時オン状態となる。
【0125】
入力信号CLK2のレベルに応じてpチャネルMOSFET104により第2のノードNNの電位VNNがハイレベルまたはローレベルに制御される。それにより、nチャネルMOSFET202が強くまたは弱くオンする。
【0126】
図9のレベル変換回路1の他の部分の構成および動作は図6のレベル変換回路1と同様である。
【0127】
図10は図1のレベル変換回路1の回路構成の第5の例を示す回路図である。図10のレベル変換回路1が図6のレベル変換回路1と異なるのは、制御回路100のnチャネルMOSFET103のゲートが電源端子に接続されている点である。この場合、nチャネルMOSFET103は常時オン状態となり、負荷抵抗として働く。それにより、第1のノードNPの電位VNPが入力信号CLK1のレベルに応じてハイレベルまたはローレベルに制御される。したがって、ドライバ部20のpチャネルMOSFET201が強くまたは弱くオンする。
【0128】
図10のレベル変換回路1の他の部分の構成および動作は図6のレベル変換回路1と同様である。
【0129】
図11は図1のレベル変換回路1の回路構成の第6の例を示す回路図である。図11のレベル変換回路1が図6のレベル変換回路1と異なるのは、制御回路100が抵抗素子R1,R2により構成される点である。抵抗素子R1の一端は第1のノードNPに接続され、他端は入力ノードI1に接続される。抵抗素子R2の一端は電源端子に接続され、他端は第2のノードNNに接続される。この場合、入力信号CLK1のレベルに応じて第1のノードNPの電位VNPがハイレベルまたはローレベルに制御されるとともに第2のノードNNの電位VNNがハイレベルまたはローレベルに制御される。
【0130】
図11のレベル変換回路1の他の部分の構成および動作は図6のレベル変換回路1と同様である。
【0131】
図12は本発明の第2の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【0132】
図12のレベル変換回路1が図1のレベル変換回路1と異なるのは、ドライバ部20のnチャネルMOSFET202のソースが接地端子に接続されている点である。
【0133】
本実施例のレベル変換回路1においても、第2のノードNNの電位VNNは、入力信号CLK1のローレベルからnチャネルMOSFET102のしきい値電圧Vtnの絶対値分以上上昇したレベルに設定される。
【0134】
入力信号CLK1がローレベルのときには第2のノードNNの電位VNNはローレベルからしきい値電圧Vtnの絶対値分上昇したレベルになる。このとき、nチャネルMOSFET202のソースは接地電位となっている。それにより、nチャネルMOSFET202は弱くオンする。入力信号CLK1がハイレベルのときには第2のノードNNの電位VNNはハイレベルからしきい値電圧Vtnの絶対値分上昇したレベルになる。このとき、nチャネルMOSFET202のソースは接地電位となっている。それにより、nチャネルMOSFET202は強くオンする。
【0135】
第2の実施例のレベル変換回路1の他の部分の構成および動作は、第1の実施例のレベル変換回路1と同様である。
【0136】
図13は本発明の第3の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【0137】
図13のレベル変換回路1が図1のレベル変換回路1と異なるのは、ドライバ部20のnチャネルMOSFET202のソースが負電位Veeを受ける電源端子に接続されている点である。
【0138】
本実施例のレベル変換回路1においても、第2のノードNNの電位VNNは、入力信号CLK1のローレベルからnチャネルMOSFET102のしきい値電圧Vtnの絶対値分以上上昇したレベルに設定される。
【0139】
入力信号CLK1がローレベルのときには第2のノードNNの電位VNNはローレベルからしきい値電圧Vtnの絶対値分上昇したレベルになる。このとき、nチャネルMOSFET202のソースは負電位Veeとなっている。それにより、nチャネルMOSFET202は弱くオンする。入力信号CLK1がハイレベルのときには第2のノードNNの電位VNNはハイレベルからしきい値電圧Vtnの絶対値分上昇したレベルになる。このとき、nチャネルMOSFET202のソースは負電位Veeとなっている。それにより、nチャネルMOSFET202は強くオンする。
【0140】
第3の実施例のレベル変換回路1の他の部分の構成および動作は、第1の実施例のレベル変換回路1と同様である。
【0141】
図14は本発明の第4の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【0142】
図14のレベル変換回路1においては、制御部10が制御回路100aおよびnチャネルMOSFET102を含む。制御回路100aは、入力ノードI1,I2、第1のノードNPおよび第2のノードNNに接続される。入力ノードI1,I2には、第1の実施例のレベル変換回路1と同様に、入力信号CLK1,CLK2がそれぞれ与えられる。
【0143】
nチャネルMOSFET102のソースは入力ノードI1に接続され、ドレインおよびゲートは第2のノードNNに接続される。図14のレベル変換回路1の他の部分の構成は、図1のレベル変換回路1の構成と同様である。
【0144】
制御回路100aは、入力信号CLK1,CLK2に応答して第1のノードNPの電位VNPおよび第2のノードNNの電位VNNを制御する。第1のノードNPの電位VNPは、制御回路100aにより電源電位VDDと入力信号CLK1のレベルとの間のレベルに設定される。また、第2のノードNNの電位VNNは、入力信号CLK1のローレベルからnチャネルMOSFET102のしきい値電圧Vtnの絶対値分以上上昇したレベルに設定される。
【0145】
それにより、ドライバ部20のpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のうち一方が強くオンしかつ他方が弱くオンする。このように、ドライバ部20のpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202の一方が完全にオフすることはない。
【0146】
第4の実施例のレベル変換回路1の他の部分の構成および動作は、第1の実施例のレベル変換回路1と同様である。
【0147】
図15は図14のレベル変換回路1の回路構成の第1の例を示す回路図である。
【0148】
図15に示すように、制御回路100aは抵抗素子R3,R4およびpチャネルMOSFET104を含む。抵抗素子R3の一端は電源端子に接続され、他端は第1のノードNPに接続される。抵抗素子R4の一端は第1のノードNPに接続され、他端は入力ノードI1に接続される。pチャネルMOSFET104のソースは電源端子に接続され、ドレインは第2のノードNNに接続され、ゲートは入力ノードI2に接続される。
【0149】
図15の例では、抵抗素子R3,R4により第1のノードNPの電位VNPが電源電位VDDと入力信号CLK1のレベルとの間のレベルに設定される。それにより、pチャネルMOSFET201が常にオン状態となる。また、nチャネルMOSFET102により第2のノードNNの電位VNNが接地電位からしきい値電圧Vtnの絶対値分以上上昇したレベルに設定される。それにより、nチャネルMOSFET202が常にオン状態となる。
【0150】
第1のノードNPの電位VNPは入力信号CLK1のレベルに応じてハイレベルまたはローレベルに制御される。また、第2のノードNNの電位VNNは入力信号CLK1,CLK2のレベルに応じてハイレベルまたはローレベルに制御される。それにより、pチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のうち一方が強くオンし、他方が弱くオンする。
【0151】
入力信号CLK1がハイレベルのときには、第1のノードNPの電位VNPは電源電位VDDと入力信号CLK1のハイレベルとの間のレベルに設定される。それにより、pチャネルMOSFET201が弱くオンする。このとき、nチャネルMOSFET202は強くオンする。
【0152】
入力信号CLK1がローレベルのときには、第1のノードNPの電位VNPは電源電位VDDと入力信号CLK1のローレベルとの間のレベルに設定される。それにより、pチャネルMOSFET201が強くオンする。このとき、nチャネルMOSFET202は強くオンする。
【0153】
図16は図14のレベル変換回路1の回路構成の第2の例を示す回路図である。
【0154】
図16のレベル変換回路1が図15のレベル変換回路1と異なるのは、制御回路100aの抵抗素子4の他端が接地端子に接続されている点である。
【0155】
この場合、第1のノードNPの電位VNNは、抵抗素子R3,R4により電源電位VDDと接地電位との間の所定の電位に固定される。それにより、pチャネルMOSFET202は常にオン状態となる。
【0156】
nチャネルMOSFET202が強くオンしたときにはpチャネルMOSFET201は弱くオンし、nチャネルMOSFET202が弱くオンしたときにはpチャネルMOSFET201が強くオンする。
【0157】
図17は図14のレベル変換回路1の回路構成の第3の例を示す回路図である。
【0158】
図17のレベル変換回路1が図15のレベル変換回路1と異なるのは、制御回路100aの抵抗素子R3の代わりにpチャネルMOSFET106が設けられている点である。pチャネルMOSFET106のソースは電源端子に接続され、ドレインは第1のノードNPに接続され、ゲートは入力ノードI1に接続される。
【0159】
入力信号CLK1がハイレベルのときには第1のノードNPの電位VNPがハイレベルとなる。それにより、pチャネルMOSFET201が弱くオンする。入力信号CLK1がローレベルのときには第1のノードNPの電位VNPがローレベルとなる。それにより、pチャネルMOSFET201が強くオンする。
【0160】
第1〜第4の実施例のレベル変換回路1は互いに相補に変化する入力信号CLK1,CLK2に応答して動作するが、次に示す第5の実施例のレベル変換回路1は単一の入力信号に応答して動作する。
【0161】
図18は本発明の第5の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【0162】
図18において、制御回路100のnチャネルMOSFET103のソースは単一の入力信号CLKを受ける入力ノードI1に接続され、ドレインおよびゲートは第1のノードNPに接続される。pチャネルMOSFET104のソースは電源端子に接続され、ドレインは第2のノードNNに接続され、ゲートは接地端子に接続される。また、ドライバ部20のnチャネルMOSFET202のソースは接地端子に接続される。
【0163】
図18のレベル変換回路1の他の部分の構成は図6のレベル変換回路1の構成と同様である。
【0164】
図19は本発明の第6の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【0165】
図19のレベル変換回路1において、制御部10の構成は図6のレベル変換回路1の制御部10の構成と同様である。ドライバ部20においては、pチャネルMOSFET201のソースと電源端子との間にpチャネルMOSFET210が接続されている。pチャネルMOSFET210のゲートには制御信号CONTが与えられる。図19のレベル変換回路1の他の部分の構成は、図6のレベル変換回路1の構成と同様である。
【0166】
図20は図19のレベル変換回路1の動作例を示す電圧波形図である。
図20に示すように、入力信号CLK1,CLK2は互いに相補にハイレベルとローレベルとに変化する。出力電位VOUTは入力信号CLK1,CLK2の電圧振幅よりも大きな電圧振幅で変化する。
【0167】
制御信号CONTは、入力信号CLK1,CLK2がハイレベルとローレベルとの間で遷移する期間においてハイレベルになり、他の期間にはローレベルとなる。
【0168】
制御信号CONTがハイレベルになる期間を貫通電流阻止期間THと呼ぶ。貫通電流阻止期間THにはpチャネルMOSFET210がオフする。それにより、電源端子からpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202を通して流れる貫通電流が阻止される。したがって、低消費電力化が可能となる。
【0169】
ここで、本発明に係るレベル変換回路の特性のシミュレーションを行った。図21はシミュレーションに用いたレベル変換回路の回路構成を示す図である。図21のレベル変換回路1の構成は図6に示したレベル変換回路1の構成と同様である。まず、図21のレベル変換回路1の動作の高速性を調べた。
【0170】
一般に、バルクシリコンからなるトランジスタでは、しきい値電圧Vtpは例えば(−0.9±0.1)Vであり、しきい値電圧Vtnは例えば(0.7±0.1)Vである。一方、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタでは、しきい値電圧Vtpは例えば(−2.5±1〜1.5)Vであり、しきい値電圧Vtnは例えば(1.8±1〜1.5)Vである。このように、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタでは、バルクシリコンからなるトランジスタに比べて製造工程でのしきい値電圧のばらつきが大きくなる。
【0171】
図22はレベル変換回路1をバルクシリコンからなるトランジスタにより構成した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【0172】
入力信号CLK1,CLK2の周波数を1GHzとし、入力電圧振幅(入力信号CLK1,CLK2の振れ幅)を0.5Vとし、出力電圧振幅(出力電位VOUTの振れ幅)を3.0Vとした。
【0173】
図22(a)は入力信号CLK1,CLK2および出力電位VOUTの波形を示し、図22(b)は第1のノードNPの電位VNP、第2のノードNNの電位VNNおよび出力ノードNOの出力電位Voutの波形を示す。
【0174】
図22のシミュレーション結果から1GHzという高い周波数でも入力信号CLK1,CLK2に応答してデューティ比が50%の出力電位VOUTが得られることがわかる。このように、バルクシリコンからなるトランジスタにより構成されたレベル変換回路1においては高速動作が可能となる。
【0175】
図23はレベル変換回路1を多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタにより構成した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【0176】
入力信号CLK1,CLK2の周波数を20MHzとし、入力電圧振幅を3.0Vとし、出力電圧振幅を12Vとした。
【0177】
図23(a)は入力信号CLK1,CLK2および出力電位VOUTの波形を示し、図23(b)は第1のノードNPの電位VNP、第2のノードNNの電位VNNおよび出力ノードNOの出力電位Voutの波形を示す。
【0178】
図23のシミュレーション結果から20MHzという高い周波数でも入力信号CLK1,CLK2に応答してデューティ比が50%の出力電位VOUTが得られることがわかる。このように、多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタにより構成されたレベル変換回路1においても高速動作が可能となる。
【0179】
次に、レベル変換回路1のpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧がばらついた場合の電圧波形のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、レベル変換回路1のpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETとして多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタを用いた。入力信号CLK1,CLK2の周波数は2MHzとした。
【0180】
図24はpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧が設定値に比べて小さい場合のシミュレーション結果を示す図である。図24のシミュレーションでは、pチャネルMOSFETのしきい値パラメータ(しきい値電圧)を−2.0Vとし、nチャネルMOSFETのしきい値パラメータ(しきい値電圧)を1.3Vとした。
【0181】
図25はpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧が設定値の場合のシミュレーション結果を示す図である。図25のシミュレーションでは、pチャネルMOSFETのしきい値パラメータを−3.5Vとし、nチャネルMOSFETのしきい値パラメータを2.8Vとした。
【0182】
図26はpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧が設定値に比べて大きい場合のシミュレーション結果を示す図である。図26のシミュレーションでは、pチャネルMOSFETのしきい値パラメータを−5.0Vとし、nチャネルMOSFETのしきい値パラメータを4.3Vとした。
【0183】
図24、図25および図26の結果から、pチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値パラメータが設定値から比較的大きくずれた場合でも、入力信号CLK1,CLK2に応答してデューティ比が50%の出力電位VOUTが得られることがわかる。
【0184】
図27は本発明の第7の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【0185】
図27のレベル変換回路1aは、2つの制御部10A,10B、2つのドライバ部20A,20Bおよび1つのPMOSクロスカップル型差動増幅器30を備える。
【0186】
制御部10A,10Bおよびドライバ部20A,20Bの構成は、第1〜第6の実施例における制御部10およびドライバ部20の構成と同様である。ただし、制御部10Aの入力ノードI1,I2にはそれぞれ入力信号CLK1,CLK2が与えられ、制御部10Bの入力ノードI1,I2にはそれぞれ入力信号CLK2,CLK1が与えられる。
【0187】
ドライバ部20A,20BのnチャネルMOSFET303のソースには、所定の電位VEEが与えられる。所定の電位VEEは、電源電位VDDよりも低い正電位、接地電位、負電位、クロック信号CLK1またはクロック信号CLK2である。
【0188】
差動増幅器30は、pチャネルMOSFET301,302およびnチャネルMOSFET303,304を含む。pチャネルMOSFET301,302のソースは電源端子に接続され、ドレインは出力ノードNO1,NO2にそれぞれ接続され、ゲートは出力ノードNO2,NO1に交差接続される。nチャネルMOSFET303,304のソースには所定の電位VEEが与えられ、ドレインは出力ノードNO1,NO2にそれぞれ接続され、ゲートはドライバ部20A,20Bの出力ノードNOA,NOBにそれぞれ接続される。
【0189】
本実施例のレベル変換回路1aにおいては、差動増幅器30の出力ノードNO1,NO2から互いに相補に変化する出力電位VOUT1,VOUT2が出力される。出力電位VOUT1,VOUT2は電源電位VDDと接地電位との間で変化する。
【0190】
図28は図27のレベル変換回路1aの具体的な構成例を示す回路図である。図28において、制御部10A,10Bの構成は、図6に示した制御部10の構成と同様である。ドライバ部20A,20BのnチャネルMOSFET202のソースは入力ノードI2に接続される。差動増幅器30のnチャネルMOSFET303,304のソースは接地端子に接続される。
【0191】
図29は本発明の第8の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【0192】
図29のレベル変換回路1bが図27のレベル変換回路1aと異なるのは、PMOSクロスカップル型差動増幅器30の代わりにカレントミラー型増幅器31が接続されている点である。
【0193】
カレントミラー型増幅器31は、pチャネルMOSFET311,312およびnチャネルMOSFET313,314を含む。pチャネルMOSFET311,312のソースは電源端子に接続され、ドレインは出力ノードNO3,NO4にそれぞれ接続され、ゲートは出力ノードNO3に接続される。nチャネルMOSFET313,314のソースには所定の電位VEEが与えられ、ドレインは出力ノードNO3,NO4にそれぞれ接続され、ゲートはドライバ部20A,20Bの出力ノードNO1,NO2にそれぞれ接続される。
【0194】
本実施例のレベル変換回路1bにおいては、カレントミラー型増幅器31の出力ノードNO4から出力電位VOUTが出力される。出力電位VOUTは電源電位VDDと接地電位との間で変化する。
図30は本発明の第9の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【0195】
図30のレベル変換回路1cにおいては、ドライバ部20A,20Bの出力ノードNOA,NOB間に複数のPMOSクロスカップル型差動増幅器30が接続されている。図30のレベル変換回路1cの他の部分の構成は、図27のレベル変換回路1aの構成と同様である。
【0196】
本実施例のレベル変換回路1cにおいては、複数の差動増幅器30の出力ノードNO1,NO2から互いに相補に変化する出力電位VOUT1,VOUT2が出力される。出力電位VOUT1,VOUT2は電源電位VDDと接地電位との間で変化する。
【0197】
図31は本発明の第10の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。図31のレベル変換回路1dは、ペア型レベル変換回路である。
【0198】
図31のレベル変換回路1dは、2つの制御部10A,10B、2つのドライバ部20A,20Bおよび2つのインバータ3A,3Bを備える。
【0199】
制御部10A,10Bの構成は図6に示した制御部10の構成と同様であり、ドライバ部20A,20Bの構成は、図6に示したドライバ部20の構成と同様である。制御部10AのpチャネルMOSFET104のゲート、ドライバ部20AのnチャネルMOSFET202のソース、制御部10BのnチャネルMOSFET102のソースおよび制御部10BのnチャネルMOSFET103のソースは、クロック信号CLK1を受ける入力ノードIAに接続される。制御部10AのnチャネルFET102のソース、制御部10AのnチャネルMOSFET103のソース、制御部10BのpチャネルMOSFET104のゲートおよびドライバ部20BのnチャネルMOSFET202のソースは、クロック信号CLK2を受ける入力ノードIBに接続される。
【0200】
また、ドライバ部20A,20Bの出力ノードNOA,NOBにそれぞれインバータ3A,3Bが接続される。インバータ3A,3Bから互いに相補に変化する出力電位VOUT1,VOUT2が出力される。出力電位VOUT1,VOUT2は電源電位VDDと接地電位との間で変化する。このように、図31のレベル変換回路1dは相補的動作を行う。
【0201】
図32は本発明の第11の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。図32のレベル変換回路1eは、ペア型および位相調整型レベル変換回路である。
【0202】
図32のレベル変換回路1eが図31のレベル変換回路1dと異なるのは、ドライバ部20Aの出力ノードNOAとドライバ部20Bの出力ノードNOBとの間に位相調整用の一対のインバータ5A,5Bが互いに逆向きに接続されている点である。
【0203】
本実施例のレベル変換回路1eにおいては、インバータ5A,5Bにより出力ノードNOA,NOBの出力電位の位相を合わせることができる。それにより、製造工程でのMOSFETのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも、出力電位VOUT1,VOUT2の位相のずれが低減される。
【0204】
図33は本発明の第12の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。図33のレベル変換回路1fは低電圧駆動型レベル変換回路である。
【0205】
図33のレベル変換回路1fが図6のレベル変換回路1と異なるのは、制御部10がpチャネルMOSFET105およびnチャネルMOSFET106をさらに含む点である。
【0206】
pチャネルMOSFET105のソースは電源端子に接続され、ゲートは出力ノードNOに接続され、ドレインは第1のノードNPに接続される。nチャネルMOSFET106のソースは入力ノードI1に接続され、ゲートは出力ノードNOに接続され、ドレインは第2のノードNNに接続される。
【0207】
上述のように、図6のレベル変換回路1においては、ドライバ部20のpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202のゲート電位を制御部10のpチャネルMOSFET101のしきい値電圧Vtp分およびnチャネルMOSFET102のしきい値電圧Vtn分動作領域にそれぞれシフトさせている。これにより、MOSFETのしきい値電圧が製造工程でのばらつきにより設計値からずれた場合でも、pチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202が確実に動作することができる。しかしながら、電源電位VDDが低くなり、かつ製造工程でのばらつきによりしきい値電圧が設計値よりも大きくなるようにずれた場合には、ドライバ部20のpチャネルMOSFET201およびnチャネルMOSFET202が動作しない場合が生じ得る。
【0208】
そこで、本実施例のレベル変換回路1fでは、これを回避するために、pチャネルMOSFET105およびnチャネルMOSFET106が設けられている。上述のように、出力ノードNOの出力電位Voutの取り得る範囲は、第1のノードNPの電位VNPの取り得る範囲および第2のノードNNの電位VNNの取り得る範囲よりも大きい。すなわち、pチャネルMOSFET101のゲート電位およびnチャネルMOSFET102のゲート電位の取り得る範囲よりも出力ノードNOの出力電位Voutの取り得る範囲が大きい。これにより、pチャネルMOSFET105のゲート電位およびnチャネルMOSFET106のゲート電位が第1のノードNPの電位VNPおよび第2のノードNNの電位VNNよりも大きな範囲で振れることになる。したがって、pチャネルMOSFET105およびnチャネルMOSFET106は、より強くオンする。その結果、第1のノードNPの電位VNPおよび第2のノードNNの電位VNNがpチャネルMOSFET101のしきい値電圧およびnチャネルMOSFET102のしきい値電圧に影響されなくなる。したがって、図33のレベル変換回路1fは、電源電位VDDが低くかつ製造工程でのばらつきが大きい場合でも、確実に動作することができる。
【0209】
図34は本発明の第13の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。図34のレベル変換回路1gは、低電圧駆動型およびペア型レベル変換回路である。
【0210】
図34のレベル変換回路1gが図31のレベル変換回路1dと異なるのは、制御部10AがpチャネルMOSFET105AおよびnチャネルMOSFET106Aをさらに含み、制御部10BがpチャネルMOSFET105BおよびnチャネルMOSFET106Bをさらに含む点である。すなわち、制御部10A,10Bは図33に示す制御部10と同じ構成を有する。
【0211】
本実施例のレベル変換回路1gにおいては、図31のレベル変換回路1dと同様に、インバータ3A,3Bから互いに相補に変化する出力電位VOUT1,VOUT2が出力される。出力電位VOUT1,VOUT2は電源電位VDDと接地電位との間で変化する。このレベル変換回路1gは、図33のレベル変換回路1fと同様に、電源電位VDDが低くかつ製造工程でのばらつきが大きい場合でも、確実に動作することができる。
【0212】
図35は本発明の第14の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。図35のレベル変換回路1hは、低電圧駆動型、ペア型および位相調整型レベル変換回路である。
【0213】
図35のレベル変換回路1hが図34のレベル変換回路1gと異なるのは、ドライバ部20Aの出力ノードNOAとドライバ部20Bの出力ノードNOBとの間に位相調整用の一対のインバータ5A,5Bが互いに逆向きに接続されている点である。
【0214】
本実施例のレベル変換回路1hにおいては、製造工程でのMOSFETのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも、出力電位VOUT1,VOUT2の位相のずれが低減される。また、電源電位VDDが低い場合でも、確実に動作することができる。
【0215】
図36は本発明のレベル変換回路を用いた半導体装置の第1の例を示すブロック図である。
【0216】
図36の半導体装置においては、チップ500上に電源電圧2.5Vで動作するロジック回路501、電源電圧3.3Vで動作するロジック回路502およびレベル変換回路10Aが混載されている。レベル変換回路10Aは、ロジック回路501から与えられる2.5V系の信号を3.3V系の信号にレベル変換し、ロジック回路502に与える。
【0217】
レベル変換回路1Aとしては、第1〜第14の実施例のレベル変換回路1,1a〜1hのいずれかが用いられる。それにより、図36の半導体装置は、製造工程でのpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実に動作することができるとともに、高速動作、低消費電力化および小面積化が可能となる。
【0218】
図37は本発明のレベル変換回路を用いた半導体装置の第2の例を示すブロック図である。
【0219】
図37の半導体装置においては、チップ510上に、電源電圧1.2Vで動作するロジック回路511、電源電圧1.8Vで動作するロジック回路512、電源電圧2.5Vで動作するロジック回路513,514およびレベル変換回路1B,1C,1Dが混載されている。
【0220】
レベル変換回路1Bは、ロジック回路511から与えられる1.2V系の信号を1.8V系の信号にレベル変換し、ロジック回路512に与える。レベル変換回路1Cは、ロジック回路512から与えられる1.8V系の信号を2.5V系の信号にレベル変換し、ロジック回路514に与える。レベル変換回路1Dは、ロジック回路511から与えられる1.2V系の信号を2.5V系の信号にレベル変換し、ロジック回路513に与える。
【0221】
レベル変換回路1B,1C,1Dとしては、第1〜第14の実施例のレベル変換回路1,1a〜1hのいずれかが用いられる。それにより、図37の半導体装置は、製造工程でのpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実に動作することができるとともに、高速動作、低消費電力化および小面積化が可能となる。
【0222】
図38は本発明のレベル変換回路を用いた半導体装置の第3の例を示すブロック図である。
【0223】
図38の半導体装置においては、チップ520上に、電源電圧1.8Vで動作する半導体メモリ521、電源電圧3.3Vで動作するロジック回路522およびレベル変換回路1Eが混載されている。半導体メモリ521は、DRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)、SRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)、FLASH(フラッシュメモリ)、FERAM(強誘電体メモリ)等である。レベル変換回路1Eは、半導体メモリ521から与えられる1.8V系の信号を3.3V系の信号にレベル変換回路し、ロジック回路522に与える。
【0224】
レベル変換回路1Eとしては、第1〜第14の実施例のレベル変換回路1,1a〜1hのいずれかが用いられる。それにより、図38の半導体装置は、製造工程でのpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実に動作することができ、高速動作、低消費電力化および小面積化が可能となる。
【0225】
図39は本発明のレベル変換回路を用いた半導体装置の第4の例を示すブロック図である。
【0226】
図39の半導体装置においては、チップ530の内部に電源電圧2.5Vで動作する内部回路531が形成されている。内部回路531は半導体素子からなる。レベル変換回路1Fは、内部回路531から与えられる2.5V系の信号を3.3V系の信号にレベル変換し、電源電圧3.3Vで動作する外部回路532に与える。
【0227】
レベル変換回路1Fとしては、第1〜第14の実施例のレベル変換回路1,1a〜1hのいずれかが用いられる。それにより、図39の半導体装置は、製造工程でのpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実に動作することができるとともに、高速動作化、低消費電力化および小面積化が可能となる。
【0228】
図40は本発明のレベル変換回路を用いた液晶表示装置の一例を示すブロック図である。
【0229】
図40の液晶表示装置においては、ガラス基板540上に複数の走査電極Y1,Y2,…,Ynおよび複数のデータ電極X1,X2,…,Xmが互いに交差するように配置されている。ここで、nおよびmはそれぞれ任意の整数である。複数の走査電極Y1〜Ynと複数のデータ電極X1〜Xmとの交差部にはそれぞれ薄膜トランジスタ541を介して液晶素子542が設けられる。薄膜トランジスタ541は、例えば非晶質シリコンをレーザアニーリング法により多結晶化することにより得られた多結晶シリコンにより形成される。
【0230】
また、ガラス基板540上には、走査線駆動回路543、データ駆動回路544および電圧変換回路600が設けられている。走査電極Y1〜Ynは走査線駆動回路543に接続され、データ電極X1〜Xmはデータ駆動回路544に接続されている。電圧変換回路600は、外部制御回路545から与えられる互いに相補に変化する小振幅の基本クロック信号を異なる電圧のクロック信号にレベル変換し、走査線駆動回路543およびデータ駆動回路544に与える。
【0231】
図41は図40の液晶表示装置に用いられる電圧変換回路の構成を示すブロック図である。
【0232】
図41の電圧変換回路600において、ガラス基板540上に、昇圧電源回路601、負電源回路602およびレベル変換回路1G,1H,1I,1Jが形成されている。レベル変換回路1Gには外部電源電圧8Vおよび3.3Vが与えられる。ここで、内部回路は、図40の走査線駆動回路543およびデータ駆動回路544である。
【0233】
レベル変換回路1Gは、図40の外部制御回路545から与えられる基本クロック信号を0Vから8Vの範囲で変化する信号にレベル変換し、内部回路およびレベル変換回路1H,1I,1Jに与える。レベル変換回路1Hは、レベル変換回路1Gから与えられる信号を昇圧電源回路601の電源電圧に基づいて0から12Vの範囲で変化する信号にレベル変換し、内部回路およびレベル変換回路1Jに与える。
【0234】
レベル変換回路1Iは、レベル変換回路1Gから与えられる信号を負電源回路602の負の電源電圧に基づいて−3Vから8Vの範囲で変化する信号にレベル変換し、内部回路に与える。レベル変換回路1Jは、レベル変換回路1Hから与えられる信号を負電源回路602の負の電源電圧に基づいて−3Vから12Vの範囲で変化する信号に変換し、内部回路に与える。
【0235】
レベル変換回路1G,1H,1I,1Jとしては、第1〜第14の実施例のレベル変換回路1,1a〜1hのいずれかが用いられる。それにより、図40の液晶表示装置は、製造工程でのpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実に動作することができるとともに、高速動作、低消費電力化、小面積化および高精細化が可能となる。
【0236】
図42は本発明のレベル変換回路を用いた有機EL装置の一例を示すブロック図である。
【0237】
図42の有機EL装置においては、ガラス基板550上に、複数の走査電極Y1,Y2,…Ynおよび複数のデータ電極X1,X2,…,Xmが互いに交差するように配置されている。複数の走査電極Y1〜Ynと複数のデータ電極X1〜Xmとの交差部には薄膜トランジスタ551を介して有機EL素子552が設けられている。薄膜トランジスタ551は、例えば非晶質シリコンをレーザアニーリング法により多結晶化することにより得られた多結晶シリコンにより形成される。
【0238】
また、ガラス基板550上には、走査線駆動回路553、データ駆動回路554および電圧変換回路700が設けられている。走査電極Y1〜Ynは走査線駆動回路553に接続され、データ電極X1〜Xmはデータ駆動回路554に接続されている。電圧変換回路700は、外部制御回路555から与えられる互いに相補に変化する小振幅の基本クロック信号を異なる電圧のクロック信号にレベル変換し、走査線駆動回路553およびデータ駆動回路554に与える。電圧変換回路700の構成は、図41に示した電圧変換回路600の構成と同様である。
【0239】
電圧変換回路700には第1〜第14の実施例のレベル変換回路1,1a〜1hのいずれかが用いられる。それにより、図42の有機EL装置は、製造工程でのpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実に動作することができるとともに、高速動作、低消費電力化、小面積化および高精細化が可能となる。
【0240】
図43は本発明のレベル変換回路をSOI(Silicon on Insulator)デバイスにより構成した例を示す断面図である。
【0241】
図43のSOIデバイスにおいて、Si(シリコン)基板570上に絶縁膜571が形成され、絶縁膜571上に非晶質、多結晶または単結晶のシリコン層572が形成されている。シリコン層572内には複数対のp型領域573および複数対のn型領域574が形成されている。
【0242】
各対のp型領域573間の領域上および各対のn型領域574間の領域上には、ゲート電極575が形成されている。このようにして、SOIデバイスにより例えば図6のレベル変換回路1が構成される。
【0243】
なお、本発明のレベル変換回路は、SOIデバイスに限らず、種々の半導体素子により形成することができる。
【0244】
図44は本発明のレベル変換回路を用いたセンサ装置の一例を示すブロック図である。
【0245】
図44のセンサ装置においては、ガラス基板580上に、複数の走査電極Y1,Y2,…Ynおよび複数のデータ電極X1,X2,…Xmが互いに交差するように配置されている。なお、ガラス基板580の代わりにプラスチック等からなるパネル基板を用いてもよい。複数の走査電極Y1〜Ynと複数のデータ電極X1〜Xmとの交差部には薄膜トランジスタ581を介してセンサ582が設けられている。薄膜トランジスタ581は、例えば非晶質シリコンをレーザアニーリング法により多結晶化することにより得られた多結晶シリコンにより形成される。
【0246】
センサ582としては、例えば受光素子を用いることができる。この場合には、イメージセンサが構成される。また、センサ582として、圧力差を抵抗または静電容量により検知する圧力センサを用いてもよい。この場合には、物体の表面粗さを検知する表面粗さセンサ、指紋等の紋様を検知する紋様検知センサ等が構成される。
【0247】
また、ガラス基板580上には、走査線駆動回路583、データ駆動回路584および電圧変換回路710が設けられている。走査電極Y1〜Ynは走査線駆動回路583に接続され、データ電極X1〜Xmはデータ駆動回路584に接続されている。電圧変換回路710は外部制御回路585から与えられる互いに相補に変化する小振幅の基本クロック信号を異なる電圧のクロック信号にレベル変換し、走査線駆動回路583およびデータ駆動回路584に与える。電圧変換回路710の構成は、図41に示した電圧変換回路600の構成と同様である。
【0248】
電圧変換回路710には第1〜第14の実施例のレベル変換回路1,1a〜1hのいずれかが用いられる。それにより、図44のセンサ装置は製造工程でのpチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧のばらつきが大きい場合でも確実に動作することができるとともに、高速動作、低消費電力化、小面積化および高精細化が可能となる。
【0249】
また、上記実施例では、入力信号CLK1,CLK2の電圧振幅が出力電位VOUTの振幅よりも小さい場合のレベル変換回路の構成を説明したが、本発明のレベル変換回路は、出力電位VOUTの振幅(電源電位VDDと所定の電位VEEとの電位差)と等しい電圧振幅で変化する入力信号CLK1,CLK2または出力電位VOUTの振幅よりも大きい電圧振幅で変化する入力信号CLK1,CLK2を受けるように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図2】図1のレベル変換回路において第1のノードの電位および第2のノードの電位の取り得る範囲の例を示す模式図である。
【図3】図1のレベル変換回路において第1のノードの電位および第2のノードの電位の取り得る範囲の例を示す模式図である。
【図4】図1のレベル変換回路において第1のノードの電位および第2のノードの電位の取り得る範囲の例を示す模式図である。
【図5】図1のレベル変換回路の動作例を示す電圧波形図である。
【図6】図1のレベル変換回路の回路構成の第1の例を示す回路図である。
【図7】図1のレベル変換回路の回路構成の第2の例を示す回路図である。
【図8】図1のレベル変換回路の回路構成の第3の例を示す回路図である。
【図9】図1のレベル変換回路の回路構成の第4の例を示す回路図である。
【図10】図1のレベル変換回路の回路構成の第5の例を示す回路図である。
【図11】図1のレベル変換回路の回路構成の第6の例を示す回路図である。
【図12】本発明の第2の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図13】本発明の第3の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図14】本発明の第4の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図15】図14のレベル変換回路の回路構成の第1の例を示す回路である。
【図16】図14のレベル変換回路の回路構成の第2の例を示す回路図である。
【図17】図14のレベル変換回路の回路構成の第3の例を示す回路図である。
【図18】本発明の第5の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図19】本発明の第6の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図20】図19のレベル変換回路の動作例を示す電圧波形図である。
【図21】シミュレーションに用いたレベル変換回路の回路構成を示す回路図である。
【図22】バルクシリコンからなるトランジスタを用いた場合のシミュレーション結果を示す電圧波形図である。
【図23】多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタを用いた場合のシミュレーション結果を示す電圧波形図である。
【図24】pチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧が設定値に比べて小さい場合のシミュレーション結果を示す電圧波形図である。
【図25】pチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧が設定値の場合のシミュレーション結果を示す電圧波形図である。
【図26】pチャネルMOSFETおよびnチャネルMOSFETのしきい値電圧が設定値に比べて大きい場合のシミュレーション結果を示す電圧波形図である。
【図27】本発明の第7の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図28】図27のレベル変換回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図29】本発明の第8の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図30】本発明の第9の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図31】本発明の第10の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図32】本発明の第11の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図33】本発明の第12の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図34】本発明の第13の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図35】本発明の第14の実施例におけるレベル変換回路の構成を示す回路図である。
【図36】本発明のレベル変換回路を用いた半導体装置の第1の例を示すブロック図である。
【図37】本発明のレベル変換回路を用いた半導体装置の第2の例を示すブロック図である。
【図38】本発明のレベル変換回路を用いた半導体装置の第3の例を示す回路図である。
【図39】本発明のレベル変換回路を用いた半導体装置の第4の例を示すブロック図である。
【図40】本発明のレベル変換回路を用いた液晶表示装置の一例を示すブロック図である。
【図41】図40の液晶表示装置に用いられる電圧変換回路の構成を示すブロック図である。
【図42】本発明のレベル変換回路を用いた有機EL装置の一例を示すブロック図である。
【図43】本発明のレベル変換回路をSOIデバイスにより構成した例を示す断面図である。
【図44】本発明のレベル変換回路を用いたセンサ装置の一例を示すブロック図である。
【図45】従来のレベル変換回路の第1の例を示す回路図である。
【図46】従来のレベル変換回路の第2の例を示す回路図である。
【図47】従来のレベル変換回路の第3の例を示す回路図である。
【図48】従来のレベル変換回路の第4の例を示す回路図である。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g,1h,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,1I,1J レベル変換回路
3 インバータ
10,10A,10B 制御部
20,20A,20B ドライバ部
100,100a 制御回路
101,104,201 pチャネルMOSFET
102,103,202 nチャネルMOSFET
I1,I2 入力ノード
NO 出力ノード
NP 第1のノード
NN 第2のノード
CLK1,CLK2,CLK 入力信号
Vout,VOUT 出力電位
Vtp,Vtn しきい値電圧
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a level conversion circuit that converts a voltage amplitude of an input signal into a larger voltage amplitude, a semiconductor device and a display device using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as an integrated circuit using bulk silicon, a chip called a system-on-silicon having a microprocessor or a memory mounted on the same chip as a logic circuit has been developed. Along with this, the development of technology for integrating many types of circuits into one chip with as small a design rule as possible has been promoted.
[0003]
However, since the circuit is designed according to different design rules for each type of circuit, it is inevitable to integrate circuits having different design rules. As a result, a plurality of circuits operating at different power supply voltages are mixedly mounted on one chip. In this case, it is necessary to perform voltage level conversion at an interface between different circuits.
[0004]
By mounting a plurality of different types of circuits on the same chip, the speed can be improved. Therefore, high-speed operation characteristics are also required for a level conversion circuit that performs voltage level conversion between different circuits.
[0005]
Further, a thin film transistor made of polycrystalline silicon is used for a display device such as a liquid crystal display device and an organic EL (electroluminescence) device. When a level conversion circuit is provided on the same substrate as such a display device, the level conversion circuit is also formed of a thin film transistor made of polycrystalline silicon.
[0006]
In a transistor manufacturing process, device characteristics such as a threshold voltage vary. In particular, in a thin film transistor made of polycrystalline silicon, variation in element characteristics such as a threshold voltage is large. Therefore, a level conversion circuit that can operate reliably even when the element characteristics such as the threshold voltage of the thin film transistor varies is desired.
[0007]
In addition, such a display device requires a level conversion circuit that can operate even when an input signal with a small amplitude is given and that can operate at high speed from the viewpoint of low power consumption and high definition.
[0008]
FIG. 45 is a circuit diagram showing a first example of a conventional level conversion circuit.
The level conversion circuit 800 of FIG. 45 includes two p-channel MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) 801 and 802 and two n-channel MOSFETs 803 and 804.
[0009]
P-channel MOSFETs 801 and 802 are connected between power supply terminals receiving power supply potential VDD and output nodes N11 and N12, respectively, and n-channel MOSFETs 803 and 804 are connected between output nodes N11 and N12 and a ground terminal, respectively. The gates of the p-channel MOSFETs 801 and 802 are cross-connected to output nodes N12 and N11, respectively. The gates of the n-channel MOSFETs 803 and 804 are supplied with input signals CLK1 and CLK2 which change complementarily to each other.
[0010]
When the input signal CLK1 goes high and the input signal CLK2 goes low, the n-channel MOSFET 803 turns on and the n-channel MOSFET 804 turns off. Thereby, the p-channel MOSFET 802 turns on and the p-channel MOSFET 801 turns off. As a result, the output potential Vout of the output node N12 increases. Conversely, when the input signal CLK1 goes low and the input signal CLK2 goes high, the output potential Vout of the output node N12 decreases.
[0011]
In this case, in order for the n-channel MOSFETs 803 and 804 to turn on, the voltage amplitude of the input signals CLK1 and CLK2 needs to be larger than the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFETs 803 and 804.
[0012]
Therefore, the level conversion circuit 800 of FIG. 45 is used when the voltage ratio between the input signal and the output signal is small.
[0013]
For example, the level conversion circuit 800 converts a 3V signal into a 5V signal, converts a 2.5V signal into a 3V signal, or converts a 1.8V signal into a 2.5V signal. This is effective when converting to a system signal or a 3.3V system signal.
[0014]
FIG. 46 is a circuit diagram showing a second example of a conventional level conversion circuit.
The level conversion circuit 810 of FIG. 46 includes a bias circuit 811, a p-channel MOSFET 812, and an n-channel MOSFET 813.
[0015]
P-channel MOSFET 812 is connected between a power supply terminal receiving power supply potential VDD and output node N13, and n-channel MOSFET 813 is connected between output node N13 and a power supply terminal receiving predetermined potential VEE. Input signal CLK is applied to the gate of p-channel MOSFET 812 and bias circuit 811. The bias circuit 811 shifts the center level of the input signal CLK and applies the shifted signal to the gate of the n-channel MOSFET 813.
[0016]
When the input signal CLK goes high, the p-channel MOSFET 812 turns off and the n-channel MOSFET 813 turns on. Thereby, output potential Vout of output node N13 decreases. When the input signal CLK goes low, the p-channel MOSFET 812 turns on and the n-channel MOSFET 813 turns off. Thereby, the output potential Vout of the output node N13 rises.
[0017]
In this case, since the center level of input signal CLK is shifted by bias circuit 811, level conversion circuit 810 operates even when the voltage amplitude of input signal CLK is smaller than threshold voltage Vtn of n-channel MOSFET 813.
[0018]
FIG. 47 is a circuit diagram showing a third example of the conventional level conversion circuit.
The level conversion circuit 820 of FIG. 47 includes a clamp circuit 821 and a current mirror type amplifier 822.
[0019]
The current mirror amplifier 822 includes two p-channel MOSFETs 831 and 832 and two n-channel MOSFETs 833 and 834. P-channel MOSFETs 831 and 832 are connected between a power supply terminal receiving power supply potential VDD and output nodes N14 and N15, respectively. N-channel MOSFETs 833 and 834 are connected between output nodes N14 and N15 and a ground terminal, respectively. Gates of p-channel MOSFETs 831 and 832 are connected to output node N14. The clamp circuit 821 shifts the central level of the input signals CLK1 and CLK2 that change complementarily to each other and applies the shifted signal to the gates of the n-channel MOSFETs 833 and 834.
[0020]
When the input signal CLK1 goes high and the input signal CLK2 goes low, the n-channel MOSFET 833 turns on and the n-channel MOSFET 834 turns off. Thereby, p-channel MOSFETs 831 and 832 are turned on. As a result, the output potential Vout of the output node N15 increases. Conversely, when the input signal CLK1 goes low and the input signal CLK2 goes high, the output potential Vout of the output node N15 decreases.
[0021]
In this case, since the center levels of input signals CLK1 and CLK2 are shifted by clamp circuit 821, level conversion circuit 820 determines that the voltage amplitude of input signals CLK1 and CLK2 is smaller than threshold voltage Vtn of n-channel MOSFETs 833 and 834. Can work even if.
[0022]
FIG. 48 is a circuit diagram showing a fourth example of a conventional level conversion circuit.
The level conversion circuit 840 of FIG. 48 includes a clamp circuit 841 and a PMOS cross-coupled amplifier 842.
[0023]
The PMOS cross-coupled amplifier 842 includes two p-channel MOSFETs 851 and 852 and two n-channel MOSFETs 853 and 854. P-channel MOSFETs 851 and 852 are connected between power supply terminals receiving power supply potential VDD and output nodes N16 and N17, respectively, and n-channel MOSFETs 853 and 854 are connected between output nodes N16 and N17 and a ground terminal, respectively. The gates of p-channel MOSFETs 851 and 852 are cross-connected to output nodes N17 and N16, respectively. The clamp circuit 841 shifts the center level of the input signals CLK1 and CLK2 that change complementarily with each other and applies the shifted signals to the gates of the n-channel MOSFETs 853 and 854, respectively.
[0024]
When the input signal CLK1 goes high and the input signal CLK2 goes low, the n-channel MOSFET 853 turns on and the n-channel MOSFET 854 turns off. Thereby, the p-channel MOSFET 851 turns off and the p-channel MOSFET 852 turns on. As a result, the output potential Vout of the output node N17 increases. Conversely, when the input signal CLK1 goes low and the input signal CLK2 goes high, the output potential Vout of the output node N17 decreases.
[0025]
In this case, since the center levels of input signals CLK1 and CLK2 are shifted by clamp circuit 841, level conversion circuit 840 has a voltage amplitude of input signals CLK1 and CLK2 smaller than threshold voltage Vtn of n-channel MOSFETs 853 and 854. Can work even if.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, level conversion circuit 800 in FIG. 45 cannot operate when the voltage amplitudes of input signals CLK1 and CLK2 are smaller than threshold voltages Vtn of n-channel MOSFETs 803 and 804.
[0027]
On the other hand, in level conversion circuit 810 of FIG. 46, since the center level of input signal CLK is shifted by bias circuit 811, it operates even when the voltage amplitude of input signal CLK is smaller than threshold voltage Vtn of n-channel MOSFET 813. It is possible to do.
[0028]
Similarly, in clamp circuits 820 and 840 shown in FIGS. 47 and 48, since the center levels of input signals CLK1 and CLK2 are shifted by clamp circuits 821 and 841, the voltage amplitude of input signals CLK1 and CLK2 is reduced by n-channel MOSFETs 833 and 834. , 853, 854 can be operated even when it is smaller than the threshold voltage Vtn.
[0029]
However, the level conversion circuits 810, 820, and 840 shown in FIGS. 46 to 48 may not operate if the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET greatly deviates from a design value due to a variation in a manufacturing process.
[0030]
In any of the level conversion circuits 800, 810, 820, and 840 in FIGS. 45 to 48, if the threshold voltages of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET are irregularly varied in the manufacturing process, for example, the n-channel MOSFET The threshold voltage Vtp of the p-channel MOSFET becomes small and the threshold voltage Vtp of the n-channel MOSFET becomes small and the threshold voltage Vtp of the p-channel MOSFET becomes large. , The duty ratio of the output voltage waveform deviates from a predetermined design value.
[0031]
In particular, when the level conversion circuit is used to generate a clock signal for a display device such as a liquid crystal display device or an organic EL device, the duty ratio of the clock signal needs to be set to 50%. When the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET and the threshold voltage Vtp of the p-channel MOSFET of the level conversion circuit change irregularly, and the duty ratio of the clock signal deviates from 50%, the pixels of the display device are switched between the display devices. Lighting and turning-off times vary.
[0032]
In the level conversion circuit 800 of FIG. 45, the gate charges of the p-channel MOSFETs 801 and 802 are extracted when the n-channel MOSFETs 803 and 804 are turned on and off. Therefore, it takes time to invert the level of the output potential Vout, and high-speed operation cannot be achieved.
[0033]
In particular, when a transistor having a small driving capability such as a thin film transistor made of polycrystalline silicon is used as the p-channel MOSFETs 801 and 802, the time required for inverting the level of the output potential Vout further increases.
[0034]
When the level of the output potential Vout is inverted, a through current flows from the power supply terminal to the ground terminal through the path of the p-channel MOSFET 801 and the n-channel MOSFET 803 or the path of the p-channel MOSFET 802 and the n-channel MOSFET 804. In particular, in the case where it takes time to invert the level of the output potential Vout, the time required for the through current to flow increases, and power consumption increases.
[0035]
In the bias circuit 811 of the level conversion circuit 810 in FIG. 46, a potential difference between the input signal CLK and the output signal is formed by flowing a current through the resistance element. In this case, it takes time until the potential difference between the input signal CLK and the output signal is set, so that high-speed operation is prevented. In addition, a large layout area is required to form a resistance element. In addition, since current always flows through the resistance element, power consumption increases. Furthermore, since high-speed operation cannot be achieved, the through current in the p-channel MOSFET 812 and the n-channel MOSFET 813 in the output stage increases.
[0036]
Similarly, in the clamp circuits 821 and 841 of the level conversion circuits 820 and 840 of FIGS. 47 and 48, similarly to the bias circuit 811 of the level conversion circuit 810 of FIG. 46, high-speed operation is hindered and a large layout area is required. And the power consumption increases.
[0037]
An object of the present invention is to achieve a reliable operation even when a threshold voltage of a transistor deviates from a design value due to a variation in a manufacturing process, and to achieve a high-speed operation, low power consumption, and a small area. An object of the present invention is to provide a conversion circuit, a semiconductor device and a display device using the conversion circuit.
[0038]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
(1) First invention
A level conversion circuit according to a first aspect of the present invention includes a first transistor connected between a first node receiving a first potential and an output node, and a second transistor receiving a second potential different from the first potential. A second transistor connected between the second node and the output node; receiving the first input signal; turning on both the first and second transistors; Control means for respectively controlling the degree of the ON state of the first and second transistors.
[0039]
In the level conversion circuit according to the present invention, both the first and second transistors are turned on by the control unit, and the first and second transistors are turned on in accordance with the level of the first input signal. Are controlled individually. Thereby, the potential of the output node rises or falls according to the level of the first input signal.
[0040]
In this case, since the potential of the output node changes by controlling the degree of the on state of the first and second transistors that are always on, the voltage amplitude of the first input signal is changed to the first and second levels. Operation can be performed even when the threshold voltage is lower than the threshold voltage of the second transistor. Further, even when the threshold voltages of the first and second transistors deviate significantly from the design values, the duty ratio of the potential change at the output node accurately corresponds to the duty ratio of the first input signal. As described above, even when the threshold voltage of the transistor deviates from the design value due to a variation in the manufacturing process, the semiconductor device can operate reliably.
[0041]
Further, the degree of the ON state of the first and second transistors that are always in the ON state is controlled, so that the potential of the output node changes, so that high-speed operation can be performed. Further, since the transition period of the potential level of the output node is shortened by enabling the high-speed operation, the period in which the through current flows is shortened. Thus, low power consumption can be achieved.
[0042]
Further, even if the voltage amplitude of the first input signal is small, a circuit for shifting the level is not required, so that the area can be reduced.
[0043]
(2) Second invention
The level conversion circuit according to a second aspect of the present invention is the level conversion circuit according to the first aspect, wherein the first input signal has a voltage amplitude smaller than a potential difference between the first potential and the second potential. It changes with.
[0044]
In this case, the potential of the output node changes with a voltage amplitude larger than the voltage amplitude of the first input signal.
[0045]
(3) Third invention
A level conversion circuit according to a third invention is the level conversion circuit according to the first or second invention, wherein the first input signal changes between the first level and the second level, Is a first conductive channel type field effect transistor, the second transistor is a second conductive channel type field effect transistor, and the control means controls a first potential and a gate potential of the first conductive channel type transistor. The absolute value of the difference between the second conductive channel transistor and the gate potential of the second conductive channel transistor is equal to or greater than the absolute value of the threshold voltage of the first conductive channel transistor. Potential of the first conductive channel type transistor in response to the first and second levels of the first input signal so as to be equal to or greater than the absolute value of the threshold voltage of the type transistor. It is for setting the gate potential of the second conductivity channel type transistor.
[0046]
In this case, the absolute value of the difference between the first potential and the gate potential of the first conductive channel type transistor is equal to or greater than the absolute value of the threshold voltage of the first conductive channel type transistor. The type transistor is always on. Further, when the absolute value of the difference between the second potential and the gate potential of the second conductive channel type transistor is equal to or greater than the absolute value of the threshold voltage of the second conductive channel type transistor, It is always on.
[0047]
Thus, even if the threshold voltage of the transistor deviates from the design value, the transistor can operate reliably, and high-speed operation, low power consumption, and small area can be achieved.
[0048]
(4) Fourth invention
A level conversion circuit according to a fourth invention is the level conversion circuit according to the third invention, wherein the first potential is a positive potential, the second potential is a positive potential lower than the first potential, and ground. Potential or negative potential.
[0049]
In this case, since the first and second transistors are always on, current flows from the first node to the second node via the first and second transistors.
[0050]
(5) Fifth invention
In the level conversion circuit according to a fifth aspect, in the configuration of the level conversion circuit according to the fourth aspect, the second potential is set to a first level and a second level complementarily to the first input signal. It is the changing second input signal.
[0051]
In this case, the first and second levels of the first and second input signals are lower than the first potential, and when the first input signal is at the first level, the second input signal is at the first level. 2 level, and when the first input signal is at the second level, the second input signal is at the first level.
[0052]
(6) Sixth invention
The level conversion circuit according to a sixth aspect of the present invention is the level conversion circuit according to the fourth or fifth aspect, wherein the first conductive channel type field-effect transistor has a first threshold voltage having a first threshold voltage. A channel-type field effect transistor, the second conductive channel-type field effect transistor is a first n-channel field-effect transistor having a second threshold voltage, and the control means includes a first p-channel field-effect transistor. The gate potential of the effect transistor is set within a range lower than the first potential by the absolute value of the first threshold voltage, and the gate potential of the first n-channel field effect transistor is changed from the second potential to the second potential. The threshold voltage is set within a range increased by the threshold voltage of 2 or more.
[0053]
In this case, the gate potential of the first p-channel field-effect transistor is set in a range lower than the first potential by an absolute value of the first threshold voltage or more. The field effect transistor is always on. When the gate potential of the first p-channel field-effect transistor is at a high level within the above range, the first p-channel field-effect transistor is weakly turned on, and the gate potential of the first p-channel field-effect transistor is increased. When it is at a low level within the above range, the first p-channel field effect transistor is strongly turned on.
[0054]
The gate potential of the first n-channel field effect transistor is set within a range that is higher than the second potential by an absolute value of the second threshold voltage or more, so that the first n-channel field effect transistor Is always on. When the gate potential of the first n-channel field-effect transistor is at a low level within the above range, the first n-channel field-effect transistor turns on weakly, and the gate potential of the first n-channel field-effect transistor becomes low. When the level is at a high level within the above range, the first n-channel field effect transistor is strongly turned on.
[0055]
(7) Seventh invention
A level conversion circuit according to a seventh invention is the level conversion circuit according to the sixth invention, wherein the control means includes a second p-channel field-effect transistor, a second n-channel field-effect transistor, and a control circuit. Wherein the source of the second p-channel field effect transistor receives the first potential, and the gate and drain of the second p-channel field effect transistor are connected to the gate of the first p-channel field effect transistor , The source of the second n-channel field-effect transistor receives the first input signal or the second potential, and the gate and drain of the second n-channel field-effect transistor are connected to the first n-channel field-effect transistor. The control circuit is connected to the gate of the second p-channel field-effect transistor according to the level of the first input signal. And controls the rhein potential and the potential of the drain of the second n-channel type field effect transistor.
[0056]
In this case, the gate potential of the first p-channel field-effect transistor is set by the second p-channel field-effect transistor within a range in which the gate potential is lower than the first potential by an absolute value of the first threshold voltage or more. You. Further, the gate potential of the first n-channel field effect transistor is set within a range in which the gate potential of the first n-channel field effect transistor has risen from the second potential by the absolute value of the second threshold voltage or more by the second n-channel field effect transistor. . Further, the gate potential of the first p-channel field effect transistor is controlled within the above range by the control circuit, and the gate potential of the first n-channel field effect transistor is controlled within the above range.
[0057]
(8) Eighth invention
In a level conversion circuit according to an eighth aspect, in the configuration of the level conversion circuit according to the seventh aspect, the control circuit includes first and second load elements, and one end of the first load element is connected to the first load element. Upon receiving the input signal, the other end of the first load element is connected to the gate of the first p-channel field effect transistor, one end of the second load element receives the first potential, and the other end of the second load element The other end is connected to the gate of the first n-channel type field effect transistor.
[0058]
In this case, the gate potential of the first p-channel field effect transistor is controlled by the first load element according to the level of the first input signal, and the first n-channel field effect transistor is controlled by the second load element. Is controlled.
[0059]
In this configuration, since the level conversion circuit is composed of six elements, the area can be reduced.
[0060]
(9) Ninth invention
A level conversion circuit according to a ninth aspect is the level conversion circuit according to the eighth aspect, wherein each of the first and second load elements is a field effect transistor or a resistance element.
[0061]
In this case, the gate potential of the first p-channel type field effect transistor and the gate potential of the first n-channel type field effect transistor are controlled by the field effect transistor or the resistance element.
[0062]
(10) Tenth invention
In a level conversion circuit according to a tenth aspect, in the configuration of the level conversion circuit according to the seventh aspect, the control means further includes a third p-channel field-effect transistor and a third n-channel field-effect transistor. , A source, a gate and a drain of the third p-channel field-effect transistor are connected to a source and an output node of the second p-channel field-effect transistor and a drain of the second p-channel field-effect transistor, respectively. The source, gate and drain of the n-channel field-effect transistor No. 3 are connected to the source and output node of the second n-channel field-effect transistor and the drain of the second n-channel field-effect transistor, respectively. .
[0063]
In this case, even when the difference between the first potential and the second potential is small, the first p-channel field effect transistor and the first n-channel field effect transistor can be reliably turned on. Therefore, low voltage driving becomes possible.
[0064]
(11) Eleventh invention
In a level conversion circuit according to an eleventh aspect, in the configuration of the level conversion circuit according to the sixth aspect, the control means includes a second n-channel type field-effect transistor and a control circuit, The source of the effect transistor receives the first input signal or the second potential, the gate and drain of the second n-channel field effect transistor are connected to the gate of the first n-channel field effect transistor, and the control circuit is , The gate potential of the first n-channel field effect transistor and the drain potential of the second n-channel field effect transistor are controlled in accordance with the level of the first input signal.
[0065]
In this case, the control circuit sets the gate potential of the first p-channel field-effect transistor within a range lower than the first potential by the absolute value of the first threshold voltage. Further, the gate potential of the first n-channel field effect transistor is set within a range in which the gate potential of the first n-channel field effect transistor has risen from the second potential by the absolute value of the second threshold voltage or more by the second n-channel field effect transistor. . Further, the gate potential of the first p-channel field effect transistor is controlled within the above range by the control circuit, and the gate potential of the first n-channel field effect transistor is controlled within the above range.
[0066]
(12) Twelfth invention
In a level conversion circuit according to a twelfth aspect, in the configuration of the level conversion circuit according to the eleventh aspect, the control circuit includes first, second, and third load elements, and one end of the first load element is Upon receiving the first potential, the other end of the first load element is connected to the gate of the first p-channel field effect transistor, and one end of the second load element receives the first input signal or the second potential. The other end of the second load element is connected to the gate of the first p-channel field effect transistor, one end of the third load element receives the first potential, and the other end of the third load element is It is connected to the gate of the first n-channel field effect transistor.
[0067]
In this case, the gate potential of the first p-channel type field effect transistor is controlled by the first and second load elements according to the level of the first input signal, and the first n-channel type is set by the third load element. The gate potential of the field effect transistor is controlled.
[0068]
In this configuration, since the level conversion circuit is composed of six elements, the area can be reduced.
[0069]
(13) 13th invention
A level conversion circuit according to a thirteenth aspect is the level conversion circuit according to the twelfth aspect, wherein each of the first, second, and third load elements is a field-effect transistor or a resistance element. .
[0070]
In this case, the gate potential of the first p-channel type field effect transistor and the gate potential of the first n-channel type field effect transistor are controlled by the field effect transistor or the resistance element.
[0071]
(14) Fourteenth invention
A level conversion circuit according to a fourteenth invention is the level conversion circuit according to any one of the first to thirteenth inventions, wherein the transition between the first level and the second level of the first input signal is provided. The apparatus further includes a blocking unit that blocks a current path from the first node to the second node via the first and second transistors during the period.
[0072]
In this case, current does not flow through the first and second transistors during a transition period between the first level and the second level of the first input signal, so that an increase in power consumption due to a through current is prevented. . Therefore, power consumption is further reduced.
[0073]
(15) Fifteenth invention
A level conversion circuit according to a fifteenth invention is the level conversion circuit according to any one of the first to fourteenth inventions, wherein the first transistor, the second transistor, and the control means are formed of a single crystal on an insulating substrate. , Formed of a polycrystalline or amorphous semiconductor.
[0074]
In this case, an SOI (Silicon on Insulator) device constitutes a level conversion circuit.
[0075]
(16) Sixteenth invention
A semiconductor device according to a sixteenth aspect includes a plurality of logic circuits operating at different power supply voltages, and a level conversion circuit according to any one of the first to fifteenth aspects connected between the plurality of logic circuits. Things.
[0076]
In this case, in a semiconductor device provided with a plurality of logic circuits operating with different power supply voltages, reliable operation can be performed even when the variation in the threshold voltage of the transistor is large in the manufacturing process, and high-speed operation and low power consumption are achieved. And the area can be reduced.
[0077]
(17) Seventeenth invention
A semiconductor device according to a seventeenth aspect of the present invention provides an internal circuit provided on a chip, an external circuit provided outside the chip, and any one of the first to fifteenth connected between the internal circuit and the external circuit. And a level conversion circuit according to the invention.
[0078]
In this case, in a semiconductor device including an internal circuit provided on a chip and an external circuit provided outside the chip, reliable operation can be performed even when a variation in threshold voltage of a transistor is large in a manufacturing process. , High speed operation, low power consumption and small area can be realized.
[0079]
(18) Eighteenth invention
A display device according to an eighteenth aspect of the present invention is a display device comprising: a semiconductor memory provided on a chip; a logic circuit provided on the chip; and first to fifteenth connected between the semiconductor memory and the logic circuit on the chip. And a level conversion circuit according to any one of the inventions.
[0080]
In this case, in a semiconductor device in which a semiconductor memory and a logic circuit are mixedly mounted on a chip, reliable operation can be performed even when a variation in threshold voltage of a transistor is large in a manufacturing process, and high-speed operation and low power consumption are achieved. And the area can be reduced.
[0081]
(19) Nineteenth invention
A semiconductor device according to a nineteenth aspect includes a plurality of sensors, a plurality of selection transistors for selecting one of the plurality of sensors, and a peripheral circuit for driving the plurality of sensors via the plurality of selection transistors. And a level conversion circuit according to any one of the first to fifteenth inventions, which level-converts a predetermined signal and supplies the level-converted signal to a peripheral circuit.
[0082]
In this case, in a semiconductor device having a plurality of selection transistors and a level conversion circuit, reliable operation can be performed even when the threshold voltage of the transistor greatly varies in a manufacturing process, and high-speed operation and low power consumption can be achieved. In addition, the area can be reduced and the definition can be increased.
[0083]
(20) Twentieth invention
A display device according to a twentieth aspect drives a plurality of display elements, a plurality of selection transistors for selecting one of the plurality of display elements, and the plurality of display elements via the plurality of selection transistors. The circuit includes a peripheral circuit and a level conversion circuit according to any one of the first to fifteenth inventions, which level-converts a predetermined signal and supplies the level-converted signal to the peripheral circuit.
[0084]
In this case, in a display device including a plurality of selection transistors and a level conversion circuit, reliable operation can be performed even when variation in threshold voltage of the transistor is large in a manufacturing process, and high-speed operation and low power consumption can be achieved. Small area and high definition can be achieved.
[0085]
(21) Twenty-first invention
A display device according to a twenty-first aspect is the display device according to the twentieth aspect, wherein the plurality of display elements are liquid crystal elements, and the plurality of liquid crystal elements, the plurality of selection transistors, the peripheral circuit, and the level conversion circuit are It is formed on an insulating substrate.
[0086]
In this case, a reliable operation can be performed even when the threshold voltage of the transistor has a large variation in the manufacturing process, and a liquid crystal display device capable of high-speed operation, low power consumption, small area, and high definition is realized. Is done.
[0087]
(22) Twenty-second invention
A display device according to a twenty-second aspect is the display device according to the twentieth aspect, wherein the plurality of display elements are organic electroluminescence elements, the plurality of organic electroluminescence elements, the plurality of selection transistors, the peripheral circuit, and The level conversion circuit is formed on an insulating substrate.
[0088]
In this case, an organic electroluminescent device that can operate reliably even when the threshold voltage of the transistor has a large variation in the manufacturing process, and that can perform high-speed operation, low power consumption, small area, and high definition. Is achieved.
[0089]
(23) Twenty-third invention
A display device according to a twenty-third aspect is the display device according to any one of the twentieth to twenty-second aspects, wherein the plurality of selection transistors and the first and second transistors of the level conversion circuit are thin film transistors. Things.
[0090]
In this case, a reliable operation can be performed even when the variation in the threshold voltage of the thin film transistor is large in the manufacturing process, and a display device capable of high-speed operation, low power consumption, small area, and high definition is realized. You.
[0091]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a first embodiment of the present invention.
[0092]
1, the level conversion circuit 1 includes a control unit 10, a driver unit 20, and an inverter 3. The control unit 10 includes a control circuit 100, a p-channel MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) 101, and an n-channel MOSFET 102. The driver section 20 includes a p-channel MOSFET 201 and an n-channel MOSFET 202. Inverter 3 is configured by a CMOS circuit including a p-channel MOSFET and an n-channel MOSFET.
[0093]
The control circuit 100 of the control unit 10 is connected to the input nodes I1 and I2, the first node NP, and the second node NN. Input signals CLK1 and CLK2 which change to a high level and a low level complementarily to each other are applied to input nodes I1 and I2, respectively. The source of p-channel MOSFET 101 is connected to a power supply terminal receiving power supply potential VDD, and the gate and drain are connected to first node NP. The source of the n-channel MOSFET 102 is connected to the input node I1, and the gate and drain are connected to the second node NN.
[0094]
In driver section 20, the source of p-channel MOSFET 201 is connected to a power supply terminal receiving power supply potential VDD, the drain is connected to output node NO, and the gate is connected to first node NP. The source of the n-channel MOSFET 202 is connected to the input node I2, the drain is connected to the output node NO, and the gate is connected to the second node NN.
[0095]
The potential difference between the high level and the low level of the input signals CLK1 and CLK2 is smaller than the potential difference between the power supply potential VDD and the ground potential. In this embodiment, the low level of the input signals CLK1 and CLK2 is the ground potential, and the high level is a potential between the power supply potential VDD and the ground potential.
[0096]
Control circuit 100 controls potential VNP of first node NP and potential VNN of second node NN in response to input signals CLK1 and CLK2. The potential VNP of the first node NP is set to a level lower than the power supply potential VDD by the absolute value of the threshold voltage Vtp of the p-channel MOSFET 101 or more. Further, the potential VNN of the second node NN is set to a level higher than the low level of the input signal CLK1 by the absolute value of the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET 102 or more. Further, the potential of the source of the n-channel MOSFET 102 becomes the level of the input signal CLK1.
[0097]
Thereby, one of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 turns on strongly and the other turns on weakly. As described above, one of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 of the driver section 20 is not completely turned off.
[0098]
For example, when the p-channel MOSFET 201 is strongly turned on, the n-channel MOSFET 202 is weakly turned on. Thereby, the value of the on-resistance of the p-channel MOSFET 201 becomes smaller than the value of the on-resistance of the n-channel MOSFET 202. As a result, the output potential Vout of the output node NO increases.
[0099]
When the n-channel MOSFET 202 is strongly turned on, the p-channel MOSFET 201 is weakly turned on. Thereby, the value of the on-resistance of the n-channel MOSFET 202 becomes smaller than the value of the on-resistance of the p-channel MOSFET 201. As a result, the output potential Vout of the output node NO decreases.
[0100]
The inverter 3 converts the output potential Vout into an output potential VOUT that changes between the power supply potential VDD and the ground potential.
[0101]
FIGS. 2, 3 and 4 are schematic diagrams showing examples of possible ranges of the potential VNP of the first node NP and the potential VNN of the second node NN in the level conversion circuit 1 of FIG.
[0102]
As shown in FIGS. 2 to 4, the potential range of the first node NP can be a first level V1 lower than the power supply potential VDD by the threshold voltage Vtp of the p-channel MOSFET 101 and the first level V1. It is between the second level V2 lower than V1. The possible range of the potential VNN of the second node NN is a third level V3 raised from the ground potential GND by the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET 102, and a fourth level V4 higher than the third level V3. Between.
[0103]
FIG. 2 shows a case where the threshold voltage Vtp of the p-channel MOSFET 101 and the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET 102 are relatively small. In this case, the potential VNP of the first node NP becomes higher than the potential VNN of the second node NN. Thus, the current flowing through p-channel MOSFET 201 and n-channel MOSFET 202 of driver section 20 is relatively small. Therefore, the through current in the driver section 20 is relatively small, but the operation speed is relatively low.
[0104]
FIG. 3 shows a case where the threshold voltage Vtp of the p-channel MOSFET 101 and the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET 102 are slightly higher. In this case, the difference between the potential VNP of the first node NP and the potential VNN of the second node NN becomes small. As a result, the value of the current flowing through the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 of the driver unit 20 becomes slightly larger. Therefore, the through current in the driver unit 20 is slightly higher than in the case of FIG. 2, but the operation speed is slightly higher than in the case of FIG.
[0105]
FIG. 4 shows a case where the threshold voltage Vtp of the p-channel MOSFET 101 and the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET 102 are relatively large. In this case, the potential VNP of the first node NP becomes lower than the potential VNN of the second node NN. As a result, the current flowing through the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 of the driver section 20 becomes relatively large. Therefore, although the through current in the driver unit 20 is relatively large, the operation speed is relatively high.
[0106]
FIG. 5 is a voltage waveform diagram showing an operation example of the level conversion circuit 1 of FIG. The operation example of FIG. 5 corresponds to the case of FIG. 4, in which the high level of the potential VNP of the first node NP is lower than the high level of the potential VNN of the second node NN, and the potential of the first node NP. The low level of VNP is higher than the low level of the potential VNN of the second node NN. In the operation example of FIG. 5, the through current in the driver unit 20 is relatively large, but the operation speed is high.
[0107]
As shown in FIG. 5, the potential VNP of the first node NP and the potential VNN of the second node NN change in phase. When the input signal CLK1 goes high and the input signal CLK2 goes low, the potential VNP of the first node NP and the potential VNN of the second node NN go high. As a result, the output potential VOUT becomes the ground potential GND.
[0108]
When the input signal CLK1 goes low and the input signal CLK2 goes high, the potential VNP of the first node NP and the potential VNN of the second node NN go low. As a result, the output potential VOUT becomes the power supply potential VDD.
[0109]
In the level conversion circuit 1 of the present embodiment, the degree of the ON state of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202, which are always on, is controlled, so that the voltage amplitude of the input signals CLK1, CLK2 is Operation is possible even when the threshold voltage is lower than the threshold voltage of the channel MOSFET 202. Further, even when the threshold voltages of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 greatly deviate from the design values, a waveform of the output potential Vout corresponding to a change in the level of the input signals CLK1 and CLK2 can be obtained. As described above, even when the threshold voltages of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 deviate from the design values due to variations in the manufacturing process, the operation can be reliably performed.
[0110]
Further, since the degree of the on-state of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202, which are always on, is controlled, high-speed operation is possible. Furthermore, since the transition period of the level of the output potential Vout is shortened by enabling high-speed operation, the period in which a through current flows is shortened. Thus, low power consumption can be achieved.
[0111]
Further, even if the voltage amplitude of the input signals CLK1 and CLK2 is small, a circuit for shifting the level is not required, so that the area can be reduced.
[0112]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a first example of a circuit configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
As shown in FIG. 6, the control circuit 100 includes an n-channel MOSFET 103 and a p-channel MOSFET 104. The source of n-channel MOSFET 103 is connected to input node I1, and the drain and gate are connected to first node NP. The source of the p-channel MOSFET 104 is connected to the power supply terminal, the drain is connected to the second node NN, and the gate is connected to the input node I2.
[0113]
As described above, in the example of FIG. 6, the level conversion circuit 1 includes six MOSFETs. Therefore, the area can be reduced.
[0114]
Here, the threshold voltage of the p-channel MOSFET 101 is Vtp, and the threshold voltage of the n-channel MOSFET 102 is Vtn.
[0115]
In the manufacturing process, even if the threshold voltage of the p-channel MOSFET and the threshold voltage of the n-channel MOSFET vary from one level conversion circuit 1 to another, the p-channel MOSFETs 101, 104, The threshold voltages are the same, and the threshold voltages of the n-channel MOSFETs 102, 103, and 202 are the same.
[0116]
In the example of FIG. 6, the potential VNP of the first node NP is set by the p-channel MOSFET 101 to a level lower than the power supply potential VDD by the absolute value of the threshold voltage Vtp or more. Thereby, p-channel MOSFET 201 is always turned on. Further, the potential VNN of the second node NN is set to a level higher than the ground potential by the absolute value of the threshold voltage Vtn by the n-channel MOSFET 102. Thereby, n-channel MOSFET 202 is always turned on.
[0117]
The potential VNP of the first node NP is controlled to a high level or a low level by the n-channel MOSFET 103 according to the level of the input signal CLK1. Further, the potential VNN of the second node NN is controlled to a high level or a low level by the p-channel MOSFET 104 according to the level of the input signal CLK2. Thereby, one of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 is turned on strongly, and the other is weakly turned on.
[0118]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a second example of the circuit configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
7 differs from the level conversion circuit 1 of FIG. 6 in that the gate of the p-channel MOSFET 104 of the control circuit 100 is connected to the ground terminal. In this case, the p-channel MOSFET 104 is always on, and functions as a load resistance. Thereby, the n-channel MOSFET 202 of the driver section 20 is always on.
[0119]
The potential VNN of the second node NN is controlled to a high level or a low level according to the level of the input signal CLK1. Thereby, the n-channel MOSFET 202 is turned on strongly or weakly.
[0120]
The configuration and operation of the other parts of the level conversion circuit 1 of FIG. 7 are the same as those of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0121]
FIG. 8 is a circuit diagram showing a third example of the circuit configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
The level conversion circuit 1 of FIG. 8 differs from the level conversion circuit 1 of FIG. 7 in that the control circuit 100 includes an n-channel MOSFET 105 instead of the p-channel MOSFET 104. The source of the n-channel MOSFET 105 is connected to the second node NN, and the drain and the gate are connected to a power supply terminal. In this case, the n-channel MOSFET 105 is always on, and functions as a load resistance. Thereby, the n-channel MOSFET 202 of the driver section 20 is always on.
[0122]
The potential VNN of the second node NN is controlled to a high level or a low level according to the level of the input signal CLK1. Thereby, the n-channel MOSFET 202 is turned on strongly or weakly.
[0123]
The configuration and operation of the other parts of the level conversion circuit 1 of FIG. 8 are the same as those of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0124]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a fourth example of the circuit configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
9 is different from the level conversion circuit 1 in FIG. 6 in that the source of the n-channel MOSFET 102 is connected to the ground terminal. In this case, the potential VNN of the second node NN is set to a level higher than the ground potential by the absolute value of the threshold voltage Vtn by the n-channel MOSFET 102. Thereby, the n-channel MOSFET 202 of the driver section 20 is always on.
[0125]
The potential VNN of the second node NN is controlled to a high level or a low level by the p-channel MOSFET 104 according to the level of the input signal CLK2. Thereby, the n-channel MOSFET 202 is turned on strongly or weakly.
[0126]
The configuration and operation of the other parts of the level conversion circuit 1 of FIG. 9 are the same as those of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0127]
FIG. 10 is a circuit diagram showing a fifth example of the circuit configuration of the level conversion circuit 1 of FIG. The level conversion circuit 1 of FIG. 10 differs from the level conversion circuit 1 of FIG. 6 in that the gate of the n-channel MOSFET 103 of the control circuit 100 is connected to the power supply terminal. In this case, the n-channel MOSFET 103 is always on, and functions as a load resistance. Thereby, the potential VNP of the first node NP is controlled to a high level or a low level according to the level of the input signal CLK1. Therefore, the p-channel MOSFET 201 of the driver section 20 is turned on strongly or weakly.
[0128]
The configuration and operation of the other parts of the level conversion circuit 1 of FIG. 10 are the same as those of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0129]
FIG. 11 is a circuit diagram showing a sixth example of the circuit configuration of the level conversion circuit 1 of FIG. The level conversion circuit 1 in FIG. 11 differs from the level conversion circuit 1 in FIG. 6 in that the control circuit 100 is configured by resistance elements R1 and R2. One end of resistance element R1 is connected to first node NP, and the other end is connected to input node I1. One end of the resistance element R2 is connected to the power supply terminal, and the other end is connected to the second node NN. In this case, the potential VNP of the first node NP is controlled to a high level or a low level according to the level of the input signal CLK1, and the potential VNN of the second node NN is controlled to a high level or a low level.
[0130]
The configuration and operation of the other parts of the level conversion circuit 1 of FIG. 11 are the same as those of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0131]
FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of the level conversion circuit according to the second embodiment of the present invention.
[0132]
The level conversion circuit 1 of FIG. 12 differs from the level conversion circuit 1 of FIG. 1 in that the source of the n-channel MOSFET 202 of the driver unit 20 is connected to the ground terminal.
[0133]
Also in the level conversion circuit 1 of the present embodiment, the potential VNN of the second node NN is set to a level higher than the low level of the input signal CLK1 by the absolute value of the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET 102.
[0134]
When the input signal CLK1 is at the low level, the potential VNN of the second node NN becomes a level raised from the low level by the absolute value of the threshold voltage Vtn. At this time, the source of the n-channel MOSFET 202 is at the ground potential. Thereby, the n-channel MOSFET 202 turns on weakly. When the input signal CLK1 is at a high level, the potential VNN of the second node NN becomes a level raised from the high level by the absolute value of the threshold voltage Vtn. At this time, the source of the n-channel MOSFET 202 is at the ground potential. Thereby, the n-channel MOSFET 202 turns on strongly.
[0135]
The configuration and operation of the other parts of the level conversion circuit 1 of the second embodiment are the same as those of the level conversion circuit 1 of the first embodiment.
[0136]
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to the third embodiment of the present invention.
[0137]
The level conversion circuit 1 of FIG. 13 differs from the level conversion circuit 1 of FIG. 1 in that the source of the n-channel MOSFET 202 of the driver unit 20 is connected to a power supply terminal receiving the negative potential Vee.
[0138]
Also in the level conversion circuit 1 of the present embodiment, the potential VNN of the second node NN is set to a level higher than the low level of the input signal CLK1 by the absolute value of the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET 102.
[0139]
When the input signal CLK1 is at the low level, the potential VNN of the second node NN becomes a level raised from the low level by the absolute value of the threshold voltage Vtn. At this time, the source of the n-channel MOSFET 202 is at the negative potential Vee. Thereby, the n-channel MOSFET 202 turns on weakly. When the input signal CLK1 is at a high level, the potential VNN of the second node NN becomes a level raised from the high level by the absolute value of the threshold voltage Vtn. At this time, the source of the n-channel MOSFET 202 is at the negative potential Vee. Thereby, the n-channel MOSFET 202 turns on strongly.
[0140]
The configuration and operation of the other parts of the level conversion circuit 1 of the third embodiment are the same as those of the level conversion circuit 1 of the first embodiment.
[0141]
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to the fourth embodiment of the present invention.
[0142]
In the level conversion circuit 1 of FIG. 14, the control unit 10 includes a control circuit 100a and an n-channel MOSFET 102. Control circuit 100a is connected to input nodes I1 and I2, first node NP, and second node NN. Input signals CLK1 and CLK2 are applied to input nodes I1 and I2, respectively, as in level conversion circuit 1 of the first embodiment.
[0143]
The source of the n-channel MOSFET 102 is connected to the input node I1, and the drain and the gate are connected to the second node NN. The configuration of the other parts of the level conversion circuit 1 of FIG. 14 is the same as the configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0144]
Control circuit 100a controls potential VNP of first node NP and potential VNN of second node NN in response to input signals CLK1 and CLK2. The potential VNP of the first node NP is set to a level between the power supply potential VDD and the level of the input signal CLK1 by the control circuit 100a. Further, the potential VNN of the second node NN is set to a level higher than the low level of the input signal CLK1 by the absolute value of the threshold voltage Vtn of the n-channel MOSFET 102 or more.
[0145]
Thereby, one of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 of the driver section 20 is turned on strongly and the other is weakly turned on. As described above, one of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 of the driver section 20 is not completely turned off.
[0146]
The configuration and operation of the other parts of the level conversion circuit 1 of the fourth embodiment are the same as those of the level conversion circuit 1 of the first embodiment.
[0147]
FIG. 15 is a circuit diagram showing a first example of a circuit configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0148]
As shown in FIG. 15, control circuit 100a includes resistance elements R3, R4 and p-channel MOSFET 104. One end of the resistance element R3 is connected to the power supply terminal, and the other end is connected to the first node NP. One end of resistance element R4 is connected to first node NP, and the other end is connected to input node I1. The source of the p-channel MOSFET 104 is connected to the power supply terminal, the drain is connected to the second node NN, and the gate is connected to the input node I2.
[0149]
In the example of FIG. 15, the potential VNP of the first node NP is set to a level between the power supply potential VDD and the level of the input signal CLK1 by the resistance elements R3 and R4. Thereby, p-channel MOSFET 201 is always turned on. Further, the potential VNN of the second node NN is set to a level higher than the ground potential by the absolute value of the threshold voltage Vtn by the n-channel MOSFET 102. Thereby, n-channel MOSFET 202 is always turned on.
[0150]
The potential VNP of the first node NP is controlled to a high level or a low level according to the level of the input signal CLK1. In addition, the potential VNN of the second node NN is controlled to a high level or a low level according to the levels of the input signals CLK1 and CLK2. Thereby, one of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 is turned on strongly, and the other is weakly turned on.
[0151]
When the input signal CLK1 is at the high level, the potential VNP of the first node NP is set to a level between the power supply potential VDD and the high level of the input signal CLK1. Thereby, the p-channel MOSFET 201 is weakly turned on. At this time, the n-channel MOSFET 202 turns on strongly.
[0152]
When the input signal CLK1 is at the low level, the potential VNP of the first node NP is set to a level between the power supply potential VDD and the low level of the input signal CLK1. Thereby, p-channel MOSFET 201 is strongly turned on. At this time, the n-channel MOSFET 202 turns on strongly.
[0153]
FIG. 16 is a circuit diagram showing a second example of the circuit configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0154]
The level conversion circuit 1 of FIG. 16 differs from the level conversion circuit 1 of FIG. 15 in that the other end of the resistance element 4 of the control circuit 100a is connected to the ground terminal.
[0155]
In this case, the potential VNN of the first node NP is fixed to a predetermined potential between the power supply potential VDD and the ground potential by the resistance elements R3 and R4. Thereby, p-channel MOSFET 202 is always on.
[0156]
When the n-channel MOSFET 202 is strongly turned on, the p-channel MOSFET 201 is weakly turned on, and when the n-channel MOSFET 202 is weakly turned on, the p-channel MOSFET 201 is strongly turned on.
[0157]
FIG. 17 is a circuit diagram showing a third example of the circuit configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0158]
The level conversion circuit 1 of FIG. 17 differs from the level conversion circuit 1 of FIG. 15 in that a p-channel MOSFET 106 is provided instead of the resistance element R3 of the control circuit 100a. The source of the p-channel MOSFET 106 is connected to the power supply terminal, the drain is connected to the first node NP, and the gate is connected to the input node I1.
[0159]
When the input signal CLK1 is at a high level, the potential VNP of the first node NP is at a high level. Thereby, the p-channel MOSFET 201 is weakly turned on. When the input signal CLK1 is at a low level, the potential VNP of the first node NP is at a low level. Thereby, p-channel MOSFET 201 is strongly turned on.
[0160]
The level conversion circuits 1 of the first to fourth embodiments operate in response to input signals CLK1 and CLK2 that change complementarily to each other, but the level conversion circuit 1 of the fifth embodiment described below has a single input. Operate in response to a signal.
[0161]
FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to the fifth embodiment of the present invention.
[0162]
18, the source of n-channel MOSFET 103 of control circuit 100 is connected to input node I1 receiving a single input signal CLK, and the drain and gate are connected to first node NP. The source of the p-channel MOSFET 104 is connected to the power supply terminal, the drain is connected to the second node NN, and the gate is connected to the ground terminal. The source of the n-channel MOSFET 202 of the driver section 20 is connected to a ground terminal.
[0163]
The configuration of the other parts of the level conversion circuit 1 of FIG. 18 is the same as the configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0164]
FIG. 19 is a circuit diagram showing the configuration of the level conversion circuit according to the sixth embodiment of the present invention.
[0165]
In the level conversion circuit 1 of FIG. 19, the configuration of the control unit 10 is the same as the configuration of the control unit 10 of the level conversion circuit 1 of FIG. In the driver section 20, a p-channel MOSFET 210 is connected between the source of the p-channel MOSFET 201 and a power supply terminal. Control signal CONT is applied to the gate of p-channel MOSFET 210. The configuration of the other parts of the level conversion circuit 1 of FIG. 19 is the same as the configuration of the level conversion circuit 1 of FIG.
[0166]
FIG. 20 is a voltage waveform diagram showing an operation example of the level conversion circuit 1 of FIG.
As shown in FIG. 20, input signals CLK1 and CLK2 change to a high level and a low level complementarily to each other. The output potential VOUT changes with a voltage amplitude larger than the voltage amplitude of the input signals CLK1 and CLK2.
[0167]
The control signal CONT is at a high level during a period during which the input signals CLK1 and CLK2 transition between a high level and a low level, and at a low level during other periods.
[0168]
A period in which the control signal CONT is at a high level is referred to as a through current blocking period TH. During the through current blocking period TH, the p-channel MOSFET 210 is turned off. Thereby, a through current flowing from the power supply terminal through the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 is prevented. Therefore, low power consumption can be achieved.
[0169]
Here, a simulation of the characteristics of the level conversion circuit according to the present invention was performed. FIG. 21 is a diagram showing a circuit configuration of the level conversion circuit used for the simulation. The configuration of the level conversion circuit 1 in FIG. 21 is the same as the configuration of the level conversion circuit 1 shown in FIG. First, the high speed operation of the level conversion circuit 1 of FIG. 21 was examined.
[0170]
Generally, in a transistor made of bulk silicon, the threshold voltage Vtp is, for example, (-0.9 ± 0.1) V, and the threshold voltage Vtn is, for example, (0.7 ± 0.1) V. On the other hand, in a thin film transistor using polycrystalline silicon, the threshold voltage Vtp is, for example, (−2.5 ± 1 to 1.5) V, and the threshold voltage Vtn is, for example, (1.8 ± 1 to 1.. 5) V. As described above, in a thin film transistor using polycrystalline silicon, variation in threshold voltage in a manufacturing process is larger than that in a transistor including bulk silicon.
[0171]
FIG. 22 is a diagram showing a simulation result when the level conversion circuit 1 is configured by a transistor made of bulk silicon.
[0172]
The frequency of the input signals CLK1 and CLK2 was 1 GHz, the input voltage amplitude (the amplitude of the input signals CLK1 and CLK2) was 0.5 V, and the output voltage amplitude (the amplitude of the output potential VOUT) was 3.0 V.
[0173]
FIG. 22A shows the waveforms of the input signals CLK1 and CLK2 and the output potential VOUT, and FIG. 22B shows the potential VNP of the first node NP, the potential VNN of the second node NN, and the output potential of the output node NO. 4 shows a waveform of Vout.
[0174]
From the simulation results of FIG. 22, it is understood that an output potential VOUT having a duty ratio of 50% can be obtained in response to the input signals CLK1 and CLK2 even at a frequency as high as 1 GHz. Thus, high-speed operation is possible in the level conversion circuit 1 configured by transistors made of bulk silicon.
[0175]
FIG. 23 is a diagram showing a simulation result when the level conversion circuit 1 is configured by a thin film transistor made of polycrystalline silicon.
[0176]
The frequencies of the input signals CLK1 and CLK2 were set to 20 MHz, the input voltage amplitude was set to 3.0 V, and the output voltage amplitude was set to 12 V.
[0177]
FIG. 23A shows the waveforms of the input signals CLK1 and CLK2 and the output potential VOUT, and FIG. 23B shows the potential VNP of the first node NP, the potential VNN of the second node NN, and the output potential of the output node NO. 4 shows a waveform of Vout.
[0178]
From the simulation results of FIG. 23, it is understood that an output potential VOUT having a duty ratio of 50% can be obtained in response to the input signals CLK1 and CLK2 even at a high frequency of 20 MHz. As described above, high-speed operation is possible even in the level conversion circuit 1 constituted by the thin film transistors made of polycrystalline silicon.
[0179]
Next, a voltage waveform simulation was performed when the threshold voltages of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET of the level conversion circuit 1 varied. In this simulation, a thin film transistor made of polycrystalline silicon was used as the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET of the level conversion circuit 1. The frequency of the input signals CLK1 and CLK2 was 2 MHz.
[0180]
FIG. 24 is a diagram showing simulation results when the threshold voltages of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET are smaller than the set values. In the simulation of FIG. 24, the threshold parameter (threshold voltage) of the p-channel MOSFET was -2.0 V, and the threshold parameter (threshold voltage) of the n-channel MOSFET was 1.3 V.
[0181]
FIG. 25 is a diagram showing simulation results when the threshold voltages of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET are set values. In the simulation of FIG. 25, the threshold parameter of the p-channel MOSFET was -3.5 V, and the threshold parameter of the n-channel MOSFET was 2.8 V.
[0182]
FIG. 26 is a diagram showing simulation results when the threshold voltages of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET are higher than the set values. In the simulation of FIG. 26, the threshold parameter of the p-channel MOSFET was -5.0 V, and the threshold parameter of the n-channel MOSFET was 4.3 V.
[0183]
24, 25 and 26 that the duty ratio is 50% in response to the input signals CLK1 and CLK2 even when the threshold parameters of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET deviate relatively greatly from the set values. It can be seen that the output potential VOUT is obtained.
[0184]
FIG. 27 is a circuit diagram showing the configuration of the level conversion circuit according to the seventh embodiment of the present invention.
[0185]
The level conversion circuit 1a in FIG. 27 includes two control units 10A and 10B, two driver units 20A and 20B, and one PMOS cross-coupled differential amplifier 30.
[0186]
The configurations of the control units 10A and 10B and the driver units 20A and 20B are the same as the configurations of the control unit 10 and the driver unit 20 in the first to sixth embodiments. However, input signals CLK1 and CLK2 are applied to input nodes I1 and I2 of control unit 10A, respectively, and input signals CLK2 and CLK1 are applied to input nodes I1 and I2 of control unit 10B, respectively.
[0187]
A predetermined potential VEE is applied to the sources of the n-channel MOSFETs 303 of the driver units 20A and 20B. The predetermined potential VEE is a positive potential, a ground potential, a negative potential, a clock signal CLK1 or a clock signal CLK2 lower than the power supply potential VDD.
[0188]
Differential amplifier 30 includes p-channel MOSFETs 301 and 302 and n-channel MOSFETs 303 and 304. The sources of the p-channel MOSFETs 301 and 302 are connected to the power supply terminals, the drains are connected to the output nodes NO1 and NO2, respectively, and the gates are cross-connected to the output nodes NO2 and NO1. Predetermined potential VEE is applied to the sources of n-channel MOSFETs 303 and 304, the drains are connected to output nodes NO1 and NO2, respectively, and the gates are connected to output nodes NOA and NOB of driver sections 20A and 20B, respectively.
[0189]
In the level conversion circuit 1a of this embodiment, output potentials VOUT1 and VOUT2 that change complementarily with each other are output from output nodes NO1 and NO2 of the differential amplifier 30. The output potentials VOUT1 and VOUT2 change between the power supply potential VDD and the ground potential.
[0190]
FIG. 28 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the level conversion circuit 1a of FIG. 28, the configurations of the control units 10A and 10B are the same as the configuration of the control unit 10 shown in FIG. The sources of the n-channel MOSFETs 202 of the driver sections 20A and 20B are connected to the input node I2. The sources of the n-channel MOSFETs 303 and 304 of the differential amplifier 30 are connected to a ground terminal.
[0191]
FIG. 29 is a circuit diagram showing the configuration of the level conversion circuit according to the eighth embodiment of the present invention.
[0192]
The level conversion circuit 1b in FIG. 29 differs from the level conversion circuit 1a in FIG. 27 in that a current mirror type amplifier 31 is connected instead of the PMOS cross-coupled differential amplifier 30.
[0193]
Current mirror type amplifier 31 includes p-channel MOSFETs 311, 312 and n-channel MOSFETs 313, 314. The sources of the p-channel MOSFETs 311 and 312 are connected to the power supply terminals, the drains are connected to the output nodes NO3 and NO4, respectively, and the gates are connected to the output node NO3. Predetermined potential VEE is applied to the sources of n-channel MOSFETs 313 and 314, the drains are connected to output nodes NO3 and NO4, respectively, and the gates are connected to output nodes NO1 and NO2 of driver sections 20A and 20B, respectively.
[0194]
In the level conversion circuit 1b of the present embodiment, the output potential VOUT is output from the output node NO4 of the current mirror type amplifier 31. The output potential VOUT changes between the power supply potential VDD and the ground potential.
FIG. 30 is a circuit diagram showing the configuration of the level conversion circuit according to the ninth embodiment of the present invention.
[0195]
In the level conversion circuit 1c of FIG. 30, a plurality of PMOS cross-coupled differential amplifiers 30 are connected between output nodes NOA and NOB of the driver sections 20A and 20B. The configuration of the other parts of the level conversion circuit 1c in FIG. 30 is the same as the configuration of the level conversion circuit 1a in FIG.
[0196]
In the level conversion circuit 1c of this embodiment, output potentials VOUT1 and VOUT2 that change complementarily with each other are output from output nodes NO1 and NO2 of the plurality of differential amplifiers 30. The output potentials VOUT1 and VOUT2 change between the power supply potential VDD and the ground potential.
[0197]
FIG. 31 is a circuit diagram showing the configuration of the level conversion circuit according to the tenth embodiment of the present invention. The level conversion circuit 1d in FIG. 31 is a pair type level conversion circuit.
[0198]
The level conversion circuit 1d in FIG. 31 includes two control units 10A and 10B, two driver units 20A and 20B, and two inverters 3A and 3B.
[0199]
The configuration of the control units 10A and 10B is the same as the configuration of the control unit 10 shown in FIG. 6, and the configuration of the driver units 20A and 20B is the same as the configuration of the driver unit 20 shown in FIG. The gate of the p-channel MOSFET 104 of the control unit 10A, the source of the n-channel MOSFET 202 of the driver unit 20A, the source of the n-channel MOSFET 102 of the control unit 10B, and the source of the n-channel MOSFET 103 of the control unit 10B are connected to the input node IA that receives the clock signal CLK1. Connected. The source of the n-channel FET 102 of the control unit 10A, the source of the n-channel MOSFET 103 of the control unit 10A, the gate of the p-channel MOSFET 104 of the control unit 10B, and the source of the n-channel MOSFET 202 of the driver unit 20B are connected to the input node IB that receives the clock signal CLK2. Connected.
[0200]
Inverters 3A and 3B are connected to output nodes NOA and NOB of driver sections 20A and 20B, respectively. Inverters 3A and 3B output output potentials VOUT1 and VOUT2 that change complementarily to each other. The output potentials VOUT1 and VOUT2 change between the power supply potential VDD and the ground potential. Thus, the level conversion circuit 1d of FIG. 31 performs a complementary operation.
[0201]
FIG. 32 is a circuit diagram showing the configuration of the level conversion circuit according to the eleventh embodiment of the present invention. The level conversion circuit 1e in FIG. 32 is a pair type and phase adjustment type level conversion circuit.
[0202]
The level conversion circuit 1e of FIG. 32 is different from the level conversion circuit 1d of FIG. 31 in that a pair of inverters 5A and 5B for phase adjustment are provided between the output node NOA of the driver 20A and the output node NOB of the driver 20B. That is, they are connected in opposite directions.
[0203]
In the level conversion circuit 1e of the present embodiment, the phases of the output potentials of the output nodes NOA and NOB can be matched by the inverters 5A and 5B. Thereby, even if the variation in the threshold voltage of the MOSFET in the manufacturing process is large, the phase shift of the output potentials VOUT1 and VOUT2 is reduced.
[0204]
FIG. 33 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a twelfth embodiment of the present invention. The level conversion circuit 1f in FIG. 33 is a low voltage drive type level conversion circuit.
[0205]
33 is different from level conversion circuit 1 in FIG. 6 in that control section 10 further includes p-channel MOSFET 105 and n-channel MOSFET 106.
[0206]
The source of the p-channel MOSFET 105 is connected to the power supply terminal, the gate is connected to the output node NO, and the drain is connected to the first node NP. The source of the n-channel MOSFET 106 is connected to the input node I1, the gate is connected to the output node NO, and the drain is connected to the second node NN.
[0207]
As described above, in the level conversion circuit 1 of FIG. 6, the gate potentials of the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 of the driver unit 20 are adjusted by the threshold voltage Vtp of the p-channel MOSFET 101 of the control unit 10 and the potential of the n-channel MOSFET 102. The operation is shifted to the operation region by the threshold voltage Vtn. Thus, even when the threshold voltage of the MOSFET deviates from the design value due to a variation in the manufacturing process, the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 can operate reliably. However, when the power supply potential VDD decreases and the threshold voltage shifts to become larger than the design value due to a variation in the manufacturing process, the p-channel MOSFET 201 and the n-channel MOSFET 202 of the driver unit 20 do not operate. Can occur.
[0208]
Therefore, in the level conversion circuit 1f of the present embodiment, in order to avoid this, the p-channel MOSFET 105 and the n-channel MOSFET 106 are provided. As described above, the range that the output potential Vout of the output node NO can take is larger than the range that the potential VNP of the first node NP can take and the range that the potential VNN of the second node NN can take. That is, the range in which the output potential Vout of the output node NO can take is larger than the range in which the gate potential of the p-channel MOSFET 101 and the gate potential of the n-channel MOSFET 102 can take. As a result, the gate potential of the p-channel MOSFET 105 and the gate potential of the n-channel MOSFET 106 fluctuate in a range larger than the potential VNP of the first node NP and the potential VNN of the second node NN. Therefore, the p-channel MOSFET 105 and the n-channel MOSFET 106 turn on more strongly. As a result, the potential VNP of the first node NP and the potential VNN of the second node NN are not affected by the threshold voltages of the p-channel MOSFET 101 and the n-channel MOSFET 102. Therefore, the level conversion circuit 1f in FIG. 33 can operate reliably even when the power supply potential VDD is low and the variation in the manufacturing process is large.
[0209]
FIG. 34 is a circuit diagram showing the configuration of the level conversion circuit according to the thirteenth embodiment of the present invention. The level conversion circuit 1g in FIG. 34 is a low voltage drive type and pair type level conversion circuit.
[0210]
34 is different from level conversion circuit 1d in FIG. 31 in that control unit 10A further includes p-channel MOSFET 105A and n-channel MOSFET 106A, and control unit 10B further includes p-channel MOSFET 105B and n-channel MOSFET 106B. It is. That is, the control units 10A and 10B have the same configuration as the control unit 10 shown in FIG.
[0211]
In the level conversion circuit 1g of this embodiment, output potentials VOUT1 and VOUT2 that change complementarily to each other are output from the inverters 3A and 3B, similarly to the level conversion circuit 1d of FIG. The output potentials VOUT1 and VOUT2 change between the power supply potential VDD and the ground potential. The level conversion circuit 1g can operate reliably even when the power supply potential VDD is low and the variation in the manufacturing process is large, similarly to the level conversion circuit 1f in FIG.
[0212]
FIG. 35 is a circuit diagram showing the configuration of the level conversion circuit according to the fourteenth embodiment of the present invention. The level conversion circuit 1h in FIG. 35 is a low voltage drive type, pair type and phase adjustment type level conversion circuit.
[0213]
The level conversion circuit 1h of FIG. 35 is different from the level conversion circuit 1g of FIG. 34 in that a pair of inverters 5A and 5B for phase adjustment are provided between the output node NOA of the driver unit 20A and the output node NOB of the driver unit 20B. That is, they are connected in opposite directions.
[0214]
In the level conversion circuit 1h of the present embodiment, the phase shift of the output potentials VOUT1 and VOUT2 is reduced even when the variation in the threshold voltage of the MOSFET in the manufacturing process is large. Further, even when the power supply potential VDD is low, the operation can be reliably performed.
[0215]
FIG. 36 is a block diagram showing a first example of a semiconductor device using the level conversion circuit of the present invention.
[0216]
In the semiconductor device of FIG. 36, a logic circuit 501 operating at a power supply voltage of 2.5 V, a logic circuit 502 operating at a power supply voltage of 3.3 V, and a level conversion circuit 10A are mounted on a chip 500 in a mixed manner. The level conversion circuit 10A converts the level of the 2.5 V system signal supplied from the logic circuit 501 into a 3.3 V system signal, and supplies the converted signal to the logic circuit 502.
[0217]
Any of the level conversion circuits 1 and 1a to 1h of the first to fourteenth embodiments is used as the level conversion circuit 1A. Thereby, the semiconductor device of FIG. 36 can operate reliably even when the threshold voltage of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET greatly varies in the manufacturing process, and can operate at high speed, reduce power consumption, and reduce the size. The area can be increased.
[0218]
FIG. 37 is a block diagram showing a second example of a semiconductor device using the level conversion circuit of the present invention.
[0219]
In the semiconductor device of FIG. 37, a logic circuit 511 operating at a power supply voltage of 1.2 V, a logic circuit 512 operating at a power supply voltage of 1.8 V, and logic circuits 513 and 514 operating at a power supply voltage of 2.5 V are provided on a chip 510. And the level conversion circuits 1B, 1C, and 1D.
[0220]
The level conversion circuit 1 </ b> B converts the level of a 1.2 V-system signal supplied from the logic circuit 511 into a 1.8 V-system signal, and provides the same to the logic circuit 512. The level conversion circuit 1 </ b> C converts the level of a 1.8 V-system signal supplied from the logic circuit 512 into a 2.5 V-system signal, and supplies the converted signal to the logic circuit 514. The level conversion circuit 1 </ b> D converts the level of a 1.2 V-system signal supplied from the logic circuit 511 to a 2.5 V-system signal, and supplies the signal to the logic circuit 513.
[0221]
Any of the level conversion circuits 1 and 1a to 1h of the first to fourteenth embodiments is used as the level conversion circuits 1B, 1C and 1D. Accordingly, the semiconductor device of FIG. 37 can operate reliably even when the threshold voltage of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET greatly varies in the manufacturing process, and can operate at high speed, reduce power consumption, and reduce power consumption. The area can be increased.
[0222]
FIG. 38 is a block diagram showing a third example of a semiconductor device using the level conversion circuit of the present invention.
[0223]
In the semiconductor device of FIG. 38, a semiconductor memory 521 operating at a power supply voltage of 1.8 V, a logic circuit 522 operating at a power supply voltage of 3.3 V, and a level conversion circuit 1E are mounted on a chip 520. The semiconductor memory 521 is a DRAM (dynamic random access memory), an SRAM (static random access memory), a FLASH (flash memory), a FERAM (ferroelectric memory), or the like. The level conversion circuit 1E converts a 1.8V-system signal supplied from the semiconductor memory 521 into a 3.3V-system signal, and supplies the same to the logic circuit 522.
[0224]
Any of the level conversion circuits 1 and 1a to 1h of the first to fourteenth embodiments is used as the level conversion circuit 1E. Thereby, the semiconductor device of FIG. 38 can operate reliably even when the threshold voltage of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET greatly varies in the manufacturing process, and can operate at high speed, reduce power consumption, and reduce the area. Is possible.
[0225]
FIG. 39 is a block diagram showing a fourth example of a semiconductor device using the level conversion circuit of the present invention.
[0226]
In the semiconductor device of FIG. 39, an internal circuit 531 operating at a power supply voltage of 2.5 V is formed inside a chip 530. The internal circuit 531 includes a semiconductor element. The level conversion circuit 1F converts the level of the 2.5V-system signal supplied from the internal circuit 531 into a 3.3V-system signal, and supplies the same to an external circuit 532 operating at a power supply voltage of 3.3V.
[0227]
Any of the level conversion circuits 1 and 1a to 1h of the first to fourteenth embodiments is used as the level conversion circuit 1F. Thereby, the semiconductor device in FIG. 39 can operate reliably even when the threshold voltage of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET greatly varies in the manufacturing process, and can operate at high speed, with low power consumption, and The area can be reduced.
[0228]
FIG. 40 is a block diagram showing an example of a liquid crystal display device using the level conversion circuit of the present invention.
[0229]
In the liquid crystal display device of FIG. 40, a plurality of scan electrodes Y1, Y2,..., Yn and a plurality of data electrodes X1, X2,. Here, n and m are each an arbitrary integer. At intersections between the plurality of scan electrodes Y1 to Yn and the plurality of data electrodes X1 to Xm, liquid crystal elements 542 are provided via thin film transistors 541, respectively. The thin film transistor 541 is formed using, for example, polycrystalline silicon obtained by polycrystallizing amorphous silicon by a laser annealing method.
[0230]
Further, a scanning line driver circuit 543, a data driver circuit 544, and a voltage conversion circuit 600 are provided over the glass substrate 540. The scanning electrodes Y1 to Yn are connected to a scanning line driving circuit 543, and the data electrodes X1 to Xm are connected to a data driving circuit 544. The voltage conversion circuit 600 converts the levels of the basic clock signals of small amplitudes, which change complementarily to each other, supplied from the external control circuit 545 to clock signals of different voltages, and supplies the clock signals to the scanning line driving circuit 543 and the data driving circuit 544.
[0231]
FIG. 41 is a block diagram showing a configuration of a voltage conversion circuit used in the liquid crystal display device of FIG.
[0232]
In the voltage conversion circuit 600 of FIG. 41, a boost power supply circuit 601, a negative power supply circuit 602, and level conversion circuits 1G, 1H, 1I, and 1J are formed on a glass substrate 540. External power supply voltages of 8 V and 3.3 V are applied to level conversion circuit 1G. Here, the internal circuits are the scanning line driving circuit 543 and the data driving circuit 544 in FIG.
[0233]
The level conversion circuit 1G converts the level of the basic clock signal supplied from the external control circuit 545 in FIG. 40 into a signal that changes in the range of 0 V to 8 V, and supplies the signal to the internal circuit and the level conversion circuits 1H, 1I, and 1J. The level conversion circuit 1H converts the level of the signal supplied from the level conversion circuit 1G into a signal that changes in the range of 0 to 12 V based on the power supply voltage of the boost power supply circuit 601, and supplies the signal to the internal circuit and the level conversion circuit 1J.
[0234]
The level conversion circuit 1I converts the level of the signal supplied from the level conversion circuit 1G into a signal that changes in the range of -3V to 8V based on the negative power supply voltage of the negative power supply circuit 602, and supplies the signal to the internal circuit. The level conversion circuit 1J converts the signal supplied from the level conversion circuit 1H into a signal that changes in a range from -3V to 12V based on the negative power supply voltage of the negative power supply circuit 602, and supplies the signal to an internal circuit.
[0235]
Any of the level conversion circuits 1 and 1a to 1h of the first to fourteenth embodiments is used as the level conversion circuits 1G, 1H, 1I and 1J. Thereby, the liquid crystal display device of FIG. 40 can operate reliably even when the threshold voltage of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET greatly varies in the manufacturing process, and can operate at high speed and with low power consumption. Small area and high definition can be achieved.
[0236]
FIG. 42 is a block diagram showing an example of an organic EL device using the level conversion circuit of the present invention.
[0237]
In the organic EL device of FIG. 42, a plurality of scan electrodes Y1, Y2,... Yn and a plurality of data electrodes X1, X2,. An organic EL element 552 is provided at an intersection of the plurality of scan electrodes Y1 to Yn and the plurality of data electrodes X1 to Xm via a thin film transistor 551. The thin film transistor 551 is formed using, for example, polycrystalline silicon obtained by polycrystallizing amorphous silicon by a laser annealing method.
[0238]
Further, a scanning line driver circuit 553, a data driver circuit 554, and a voltage conversion circuit 700 are provided over the glass substrate 550. The scanning electrodes Y1 to Yn are connected to a scanning line driving circuit 553, and the data electrodes X1 to Xm are connected to a data driving circuit 554. The voltage converting circuit 700 converts the levels of the basic clock signals having small amplitudes, which change complementarily to each other, supplied from the external control circuit 555 to clock signals having different voltages, and supplies the clock signals to the scanning line driving circuit 553 and the data driving circuit 554. The configuration of voltage conversion circuit 700 is similar to the configuration of voltage conversion circuit 600 shown in FIG.
[0239]
Any one of the level conversion circuits 1 and 1a to 1h of the first to fourteenth embodiments is used for the voltage conversion circuit 700. Thereby, the organic EL device of FIG. 42 can operate reliably even when the variation in the threshold voltage of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET in the manufacturing process is large, while achieving high-speed operation, low power consumption, Small area and high definition can be achieved.
[0240]
FIG. 43 is a cross-sectional view showing an example in which the level conversion circuit of the present invention is constituted by an SOI (Silicon on Insulator) device.
[0241]
In the SOI device in FIG. 43, an insulating film 571 is formed over a Si (silicon) substrate 570, and an amorphous, polycrystalline, or single-crystal silicon layer 572 is formed over the insulating film 571. In the silicon layer 572, a plurality of pairs of p-type regions 573 and a plurality of pairs of n-type regions 574 are formed.
[0242]
A gate electrode 575 is formed on a region between each pair of p-type regions 573 and on a region between each pair of n-type regions 574. Thus, the SOI device constitutes, for example, the level conversion circuit 1 of FIG.
[0243]
Note that the level conversion circuit of the present invention is not limited to an SOI device, and can be formed by various semiconductor elements.
[0244]
FIG. 44 is a block diagram showing an example of a sensor device using the level conversion circuit of the present invention.
[0245]
In the sensor device of FIG. 44, a plurality of scan electrodes Y1, Y2,... Yn and a plurality of data electrodes X1, X2,. Note that a panel substrate made of plastic or the like may be used instead of the glass substrate 580. A sensor 582 is provided at an intersection of the plurality of scan electrodes Y1 to Yn and the plurality of data electrodes X1 to Xm via a thin film transistor 581. The thin film transistor 581 is formed using, for example, polycrystalline silicon obtained by polycrystallizing amorphous silicon by a laser annealing method.
[0246]
As the sensor 582, for example, a light receiving element can be used. In this case, an image sensor is configured. Further, as the sensor 582, a pressure sensor that detects a pressure difference by resistance or capacitance may be used. In this case, a surface roughness sensor that detects the surface roughness of the object, a pattern detection sensor that detects a pattern such as a fingerprint, and the like are configured.
[0247]
Further, a scanning line driver circuit 583, a data driver circuit 584, and a voltage conversion circuit 710 are provided over the glass substrate 580. The scanning electrodes Y1 to Yn are connected to a scanning line driving circuit 583, and the data electrodes X1 to Xm are connected to a data driving circuit 584. The voltage conversion circuit 710 converts the levels of the small-amplitude basic clock signals supplied from the external control circuit 585 that complementarily change into clock signals of different voltages, and supplies the clock signals to the scan line driving circuit 583 and the data driving circuit 584. The configuration of voltage conversion circuit 710 is similar to the configuration of voltage conversion circuit 600 shown in FIG.
[0248]
Any of the level conversion circuits 1 and 1a to 1h of the first to fourteenth embodiments is used for the voltage conversion circuit 710. Thereby, the sensor device of FIG. 44 can reliably operate even when the threshold voltage of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET greatly varies in the manufacturing process, and can operate at high speed, reduce power consumption, and reduce the area. And high definition can be realized.
[0249]
In the above embodiment, the configuration of the level conversion circuit in the case where the voltage amplitude of the input signals CLK1 and CLK2 is smaller than the amplitude of the output potential VOUT has been described. A configuration in which input signals CLK1 and CLK2 that change with a voltage amplitude equal to power supply potential VDD and a predetermined potential VEE) or input signals CLK1 and CLK2 that change with a voltage amplitude larger than the amplitude of output potential VOUT is received. You can also.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a range in which a potential of a first node and a potential of a second node can be taken in the level conversion circuit of FIG. 1;
3 is a schematic diagram showing an example of a range in which a potential of a first node and a potential of a second node can be taken in the level conversion circuit of FIG. 1;
4 is a schematic diagram showing an example of a range in which a potential of a first node and a potential of a second node can be taken in the level conversion circuit of FIG. 1;
FIG. 5 is a voltage waveform diagram showing an operation example of the level conversion circuit of FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a first example of a circuit configuration of the level conversion circuit of FIG. 1;
FIG. 7 is a circuit diagram showing a second example of the circuit configuration of the level conversion circuit of FIG. 1;
FIG. 8 is a circuit diagram showing a third example of a circuit configuration of the level conversion circuit of FIG. 1;
FIG. 9 is a circuit diagram showing a fourth example of a circuit configuration of the level conversion circuit of FIG. 1;
FIG. 10 is a circuit diagram showing a fifth example of the circuit configuration of the level conversion circuit of FIG. 1;
FIG. 11 is a circuit diagram showing a sixth example of the circuit configuration of the level conversion circuit of FIG. 1;
FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a configuration of a level conversion circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating a configuration of a level conversion circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a circuit diagram illustrating a first example of a circuit configuration of the level conversion circuit in FIG. 14;
FIG. 16 is a circuit diagram showing a second example of the circuit configuration of the level conversion circuit of FIG.
FIG. 17 is a circuit diagram showing a third example of the circuit configuration of the level conversion circuit in FIG. 14;
FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
20 is a voltage waveform diagram showing an operation example of the level conversion circuit of FIG.
FIG. 21 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a level conversion circuit used for a simulation.
FIG. 22 is a voltage waveform diagram showing a simulation result when a transistor made of bulk silicon is used.
FIG. 23 is a voltage waveform diagram showing a simulation result when a thin film transistor made of polycrystalline silicon is used.
FIG. 24 is a voltage waveform diagram showing a simulation result when the threshold voltages of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET are smaller than a set value.
FIG. 25 is a voltage waveform diagram showing a simulation result when the threshold voltages of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET are set values.
FIG. 26 is a voltage waveform diagram showing a simulation result when the threshold voltages of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET are higher than a set value.
FIG. 27 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the level conversion circuit of FIG. 27;
FIG. 29 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 34 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 35 is a circuit diagram showing a configuration of a level conversion circuit according to a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 36 is a block diagram showing a first example of a semiconductor device using the level conversion circuit of the present invention.
FIG. 37 is a block diagram showing a second example of a semiconductor device using the level conversion circuit of the present invention.
FIG. 38 is a circuit diagram showing a third example of a semiconductor device using the level conversion circuit of the present invention.
FIG. 39 is a block diagram showing a fourth example of a semiconductor device using the level conversion circuit of the present invention.
FIG. 40 is a block diagram illustrating an example of a liquid crystal display device using the level conversion circuit of the present invention.
FIG. 41 is a block diagram illustrating a configuration of a voltage conversion circuit used in the liquid crystal display device of FIG. 40.
FIG. 42 is a block diagram illustrating an example of an organic EL device using the level conversion circuit of the present invention.
FIG. 43 is a cross-sectional view showing an example in which the level conversion circuit of the present invention is configured by an SOI device.
FIG. 44 is a block diagram showing an example of a sensor device using the level conversion circuit of the present invention.
FIG. 45 is a circuit diagram showing a first example of a conventional level conversion circuit.
FIG. 46 is a circuit diagram showing a second example of a conventional level conversion circuit.
FIG. 47 is a circuit diagram showing a third example of a conventional level conversion circuit.
FIG. 48 is a circuit diagram showing a fourth example of a conventional level conversion circuit.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J Level conversion circuit
3 Inverter
10, 10A, 10B control unit
20, 20A, 20B Driver section
100, 100a control circuit
101, 104, 201 p-channel MOSFET
102,103,202 n-channel MOSFET
I1, I2 input node
NO output node
NP first node
NN second node
CLK1, CLK2, CLK input signal
Vout, VOUT output potential
Vtp, Vtn threshold voltage

Claims (23)

第1の電位を受ける第1のノードと出力ノードとの間に接続された第1のトランジスタと、
前記第1の電位と異なる第2の電位を受ける第2のノードと前記出力ノードとの間に接続された第2のトランジスタと、
第1の入力信号を受け、前記第1および第2のトランジスタの両方をオン状態にするとともに前記第1の入力信号のレベルに応じて前記第1および第2のトランジスタのオン状態の程度をそれぞれ制御する制御手段とを備えたことを特徴とするレベル変換回路。
A first transistor connected between a first node receiving a first potential and an output node;
A second transistor connected between a second node receiving a second potential different from the first potential and the output node;
Upon receiving a first input signal, both the first and second transistors are turned on, and the degree of the on state of each of the first and second transistors is changed in accordance with the level of the first input signal. A level conversion circuit, comprising: control means for controlling.
前記第1の入力信号は、前記第1の電位と前記第2の電位との間の電位差よりも小さい電圧振幅で変化することを特徴とする請求項1記載のレベル変換回路。The level conversion circuit according to claim 1, wherein the first input signal changes with a voltage amplitude smaller than a potential difference between the first potential and the second potential. 前記第1の入力信号は、第1のレベルと第2のレベルとに変化し、
前記第1のトランジスタは第1導電チャネル型電界効果トランジスタであり、前記第2のトランジスタは第2導電チャネル型電界効果トランジスタであり、
前記制御手段は、前記第1の電位と前記第1導電チャネル型トランジスタのゲート電位との間の差の絶対値が前記第1導電チャネル型トランジスタのしきい値電圧の絶対値以上となり、かつ前記第2の電位と前記第2導電チャネル型トランジスタのゲート電位との差の絶対値が前記第2導電チャネル型トランジスタのしきい値電圧の絶対値以上となるように、前記第1の入力信号の第1および第2のレベルに応答して第1導電チャネル型トランジスタのゲート電位および前記第2導電チャネル型トランジスタのゲート電位を設定することを特徴とする請求項1または2記載のレベル変換回路。
The first input signal changes between a first level and a second level;
The first transistor is a first conductive channel type field effect transistor, the second transistor is a second conductive channel type field effect transistor,
The control means, wherein an absolute value of a difference between the first potential and a gate potential of the first conductive channel type transistor is equal to or greater than an absolute value of a threshold voltage of the first conductive channel type transistor, and The first input signal is supplied such that an absolute value of a difference between a second potential and a gate potential of the second conductive channel type transistor is equal to or greater than an absolute value of a threshold voltage of the second conductive channel type transistor. 3. The level conversion circuit according to claim 1, wherein a gate potential of the first conductive channel type transistor and a gate potential of the second conductive channel type transistor are set in response to the first and second levels.
前記第1の電位は正電位であり、前記第2の電位は前記第1の電位よりも低い正電位、接地電位または負電位であることを特徴とする請求項3記載のレベル変換回路。4. The level conversion circuit according to claim 3, wherein the first potential is a positive potential, and the second potential is a positive potential, a ground potential, or a negative potential lower than the first potential. 前記第2の電位は、前記第1の入力信号と相補的に第1のレベルと第2のレベルとに変化する第2の入力信号であることを特徴とする請求項4記載のレベル変換回路。5. The level conversion circuit according to claim 4, wherein the second potential is a second input signal that changes to a first level and a second level complementarily to the first input signal. . 前記第1導電チャネル型電界効果トランジスタは、第1のしきい値電圧を有する第1のpチャネル型電界効果トランジスタであり、
前記第2導電チャネル型電界効果トランジスタは、第2のしきい値電圧を有する第1のnチャネル型電界効果トランジスタであり、
前記制御手段は、前記第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位を前記第1の電位から前記第1のしきい値電圧の絶対値分以上低下した範囲内に設定しかつ前記第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電位を前記第2の電位から前記第2のしきい値電圧分以上上昇した範囲内に設定することを特徴とする請求項4または5記載のレベル変換回路。
The first conductive channel type field effect transistor is a first p channel type field effect transistor having a first threshold voltage,
The second conductive channel type field effect transistor is a first n channel type field effect transistor having a second threshold voltage,
The control means sets a gate potential of the first p-channel field-effect transistor within a range lower than the first potential by an absolute value of the first threshold voltage, and 6. The level conversion circuit according to claim 4, wherein the gate potential of the n-channel type field effect transistor is set within a range higher than the second potential by the second threshold voltage or more.
前記制御手段は、第2のpチャネル型電界効果トランジスタ、第2のnチャネル型電界効果トランジスタおよび制御回路を含み、
前記第2のpチャネル型電界効果トランジスタのソースは前記第1の電位を受け、前記第2のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートおよびドレインは前記第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、
前記第2のnチャネル型電界効果トランジスタのソースは前記第1の入力信号または前記第2の電位を受け、前記第2のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートおよびドレインは前記第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、
前記制御回路は、前記第1の入力信号のレベルに応じて前記第2のpチャネル型電界効果トランジスタのドレインの電位および前記第2のnチャネル型電界効果トランジスタのドレインの電位を制御することを特徴とする請求項6記載のレベル変換回路。
The control means includes a second p-channel field-effect transistor, a second n-channel field-effect transistor, and a control circuit,
The source of the second p-channel field-effect transistor receives the first potential, and the gate and drain of the second p-channel field-effect transistor are connected to the gate of the first p-channel field-effect transistor. And
A source of the second n-channel field effect transistor receives the first input signal or the second potential, and a gate and a drain of the second n-channel field effect transistor are the first n-channel field effect transistor. Connected to the gate of the field effect transistor,
The control circuit controls a potential of a drain of the second p-channel field-effect transistor and a potential of a drain of the second n-channel field-effect transistor according to a level of the first input signal. 7. The level conversion circuit according to claim 6, wherein:
前記制御回路は、第1および第2の負荷素子を含み、
前記第1の負荷素子の一端は前記第1の入力信号を受け、前記第1の負荷素子の他端は前記第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、
前記第2の負荷素子の一端は前記第1の電位を受け、前記第2の負荷素子の他端は前記第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続されたことを特徴とする請求項7記載のレベル変換回路。
The control circuit includes first and second load elements,
One end of the first load element receives the first input signal, and the other end of the first load element is connected to a gate of the first p-channel field effect transistor,
The one end of the second load element receives the first potential, and the other end of the second load element is connected to a gate of the first n-channel field effect transistor. 7. The level conversion circuit according to 7.
前記第1および第2の負荷素子の各々は、電界効果トランジスタまたは抵抗素子であることを特徴とする請求項8記載のレベル変換回路。9. The level conversion circuit according to claim 8, wherein each of said first and second load elements is a field effect transistor or a resistance element. 前記制御手段は、第3のpチャネル型電界効果トランジスタおよび第3のnチャネル型電界効果トランジスタをさらに含み、
前記第3のpチャネル型電界効果トランジスタのソース、ゲートおよびドレインは、前記第2のpチャネル型電界効果トランジスタのソース、前記出力ノードおよび前記第2のpチャネル型電界効果トランジスタのドレインにそれぞれ接続され、
前記第3のnチャネル型電界効果トランジスタのソース、ゲートおよびドレインは、前記第2のnチャネル型電界効果トランジスタのソース、前記出力ノード前記第2のnチャネル型電界効果トランジスタのドレインにそれぞれ接続されることを特徴とする請求項7記載のレベル変換回路。
The control means further includes a third p-channel field effect transistor and a third n-channel field effect transistor,
A source, a gate, and a drain of the third p-channel field-effect transistor are connected to a source of the second p-channel field-effect transistor, the output node, and a drain of the second p-channel field-effect transistor, respectively. And
A source, a gate, and a drain of the third n-channel field-effect transistor are respectively connected to a source of the second n-channel field-effect transistor and a drain of the output node of the second n-channel field-effect transistor. 8. The level conversion circuit according to claim 7, wherein:
前記制御手段は、第2のnチャネル型電界効果トランジスタおよび制御回路を含み、
前記第2のnチャネル型電界効果トランジスタのソースは前記第1の入力信号または前記第2の電位を受け、前記第2のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートおよびドレインは前記第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、
前記制御回路は、前記第1の入力信号のレベルに応じて前記第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートの電位および前記第2のnチャネル型電界効果トランジスタのドレインの電位を制御することを特徴とする請求項6記載のレベル変換回路。
The control means includes a second n-channel field effect transistor and a control circuit,
A source of the second n-channel field effect transistor receives the first input signal or the second potential, and a gate and a drain of the second n-channel field effect transistor are the first n-channel field effect transistor. Connected to the gate of the field effect transistor,
The control circuit controls a potential of a gate of the first n-channel field-effect transistor and a potential of a drain of the second n-channel field-effect transistor according to a level of the first input signal. 7. The level conversion circuit according to claim 6, wherein:
前記制御回路は、第1、第2および第3の負荷素子を含み、
前記第1の負荷素子の一端は前記第1の電位を受け、前記第1の負荷素子の他端は前記第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、
前記第2の負荷素子の一端は前記第1の入力信号または前記第2の電位を受け、前記第2の負荷素子の他端は前記第1のpチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続され、
前記第3の負荷素子の一端は前記第1の電位を受け、前記第3の負荷素子の他端は前記第1のnチャネル型電界効果トランジスタのゲートに接続されたことを特徴とする請求項11記載のレベル変換回路。
The control circuit includes first, second, and third load elements,
One end of the first load element receives the first potential, and the other end of the first load element is connected to a gate of the first p-channel field effect transistor;
One end of the second load element receives the first input signal or the second potential, and the other end of the second load element is connected to a gate of the first p-channel field effect transistor,
The one end of the third load element receives the first potential, and the other end of the third load element is connected to a gate of the first n-channel field effect transistor. 12. The level conversion circuit according to item 11.
前記第1、第2および第3の負荷素子の各々は、電界効果トランジスタまたは抵抗素子であることを特徴とする請求項12記載のレベル変換回路。13. The level conversion circuit according to claim 12, wherein each of the first, second, and third load elements is a field effect transistor or a resistance element. 前記第1の入力信号の第1のレベルと第2のレベルとの間の遷移期間に前記第1のノードから前記第1および第2のトランジスタを経由して前記第2のノードに至る電流経路を遮断する遮断手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載のレベル変換回路。A current path from the first node to the second node via the first and second transistors during a transition period between a first level and a second level of the first input signal; 14. The level conversion circuit according to claim 1, further comprising a cut-off means for cutting off. 前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタおよび前記制御手段は、絶縁基板上の単結晶、多結晶または非晶質の半導体により形成されることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載のレベル変換回路。The method according to claim 1, wherein the first transistor, the second transistor, and the control unit are formed of a single crystal, polycrystal, or amorphous semiconductor on an insulating substrate. Level conversion circuit as described. 異なる電源電圧により動作する複数のロジック回路と、
前記複数のロジック回路間に接続された請求項1〜15のいずれかに記載のレベル変換回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。
A plurality of logic circuits operating on different power supply voltages,
16. A semiconductor device comprising: the level conversion circuit according to claim 1 connected between the plurality of logic circuits.
チップ上に設けられた内部回路と、
前記チップ外に設けられる外部回路と、
前記内部回路と前記外部回路との間に接続された請求項1〜15のいずれかに記載のレベル変換回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。
An internal circuit provided on the chip,
An external circuit provided outside the chip,
16. A semiconductor device comprising: the level conversion circuit according to claim 1 connected between the internal circuit and the external circuit.
チップ上に設けられた半導体メモリと、
前記チップ上に設けられたロジック回路と、
前記チップ上の前記半導体メモリと前記ロジック回路との間に接続された請求項1〜15のいずれかに記載のレベル変換回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor memory provided on a chip,
A logic circuit provided on the chip,
16. A semiconductor device comprising: the level conversion circuit according to claim 1 connected between the semiconductor memory on the chip and the logic circuit.
複数のセンサと、前記複数のセンサのいずれかを選択するための複数の選択用トランジスタと、前記複数のセンサを前記複数の選択用トランジスタを介して駆動する周辺回路と、所定の信号をレベル変換して前記周辺回路に与える請求項1〜15のいずれかに記載のレベル変換回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。A plurality of sensors, a plurality of selection transistors for selecting any of the plurality of sensors, a peripheral circuit for driving the plurality of sensors via the plurality of selection transistors, and level conversion of a predetermined signal 16. A semiconductor device comprising: the level conversion circuit according to claim 1, which is applied to the peripheral circuit. 複数の表示素子と、前記複数の表示素子のいずれかを選択するための複数の選択用トランジスタと、前記複数の表示素子を前記複数の選択用トランジスタを介して駆動する周辺回路と、所定の信号をレベル変換して前記周辺回路に与える請求項1〜15のいずれかに記載のレベル変換回路とを備えたことを特徴とする表示装置。A plurality of display elements, a plurality of selection transistors for selecting any of the plurality of display elements, a peripheral circuit for driving the plurality of display elements via the plurality of selection transistors, and a predetermined signal 16. A display device comprising: the level conversion circuit according to claim 1, wherein the level conversion circuit supplies the peripheral circuit with the level conversion signal. 前記複数の表示素子は液晶素子であり、前記複数の液晶素子、前記複数の選択用トランジスタ、前記周辺回路および前記レベル変換回路は絶縁基板上に形成されたことを特徴とする請求項20記載の表示装置。21. The device according to claim 20, wherein the plurality of display elements are liquid crystal elements, and the plurality of liquid crystal elements, the plurality of selection transistors, the peripheral circuit, and the level conversion circuit are formed on an insulating substrate. Display device. 前記複数の表示素子は有機エレクトロルミネッセンス素子であり、前記複数の有機エレクトロルミネッセンス素子、前記複数の選択用トランジスタ、前記周辺回路および前記レベル変換回路は絶縁基板上に形成されたことを特徴とする請求項20記載の表示装置。The plurality of display elements are organic electroluminescence elements, and the plurality of organic electroluminescence elements, the plurality of selection transistors, the peripheral circuit, and the level conversion circuit are formed on an insulating substrate. Item 21. The display device according to Item 20. 前記複数の選択用トランジスタならびに前記レベル変換回路の前記第1および第2のトランジスタは、薄膜トランジスタからなることを特徴とする請求項20〜22のいずれかに記載の表示装置。23. The display device according to claim 20, wherein the plurality of selection transistors and the first and second transistors of the level conversion circuit are thin film transistors.
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